Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, показывает, как можно использовать твердотельные электролиты (SSE) — материалы, которые раньше применялись в батареях, — для извлечения лития из воды.

Раньше SSE использовали в твердотельных батареях, где они быстро передавали ионы лития. Но оказалось, что их структура, напоминающая плотную кристаллическую решетку, идеально подходит для разделения ионов и воды. Это открытие может сделать добычу лития более экологичной и эффективной, уменьшив вред от традиционных методов, которые требуют много времени и ресурсов.

Наша задача — не просто добывать больше лития, а делать это так, чтобы это было безопасно для природы и экономически выгодно, — говорит Менахем Элимелех, профессор Университета Райса и один из авторов исследования.

Сейчас литий добывают в основном из руды или соляных озер, но ученые ищут новые источники, например, воду, которая остается после добычи нефти и газа, или промышленные сточные воды. Проблема в том, что в таких источниках литий смешан с другими ионами, например, натрием и магнием, которые очень похожи по размеру и заряду. Отделить литий от них — сложная задача.

Команда Элимелеха предложила новый подход. Они использовали SSE как мембрану, которая пропускает только ионы лития, блокируя все остальное.

Это как молекулярное сито, — объясняет Сохум Патель, ведущий автор исследования. — Оно пропускает только литий, а вода и другие ионы остаются с другой стороны.

Ученые провели эксперимент с помощью установки для электродиализа, где электрическое поле заставляло ионы лития проходить через мембрану. Результаты впечатлили: даже при высоких концентрациях других ионов мембрана пропускала только литий. Ни натрий, ни магний не смогли пройти.

Кристаллическая решетка SSE настолько плотная, что вода и более крупные ионы просто не могут через нее пройти, — говорит Элимелех.

А ионы магния, которые имеют другой заряд, тоже отсеиваются. Это делает мембрану уникальной.

Правда, есть одна проблема: когда в воде много других ионов, они могут блокировать поверхность мембраны, замедляя процесс. Но ученые уверены, что эту проблему можно решить, улучшив материал.

Сейчас, когда дефицит лития становится все более реальным, такие технологии могут стать спасением для отраслей, которые зависят от литий-ионных батарей, — от электромобилей до возобновляемой энергетики.

Если мы внедрим SSE в системы электродиализа, мы сможем добывать литий прямо из воды, минуя огромные испарительные пруды и дорогие химические процессы, — говорит Патель.

Это сделает добычу лития быстрее, дешевле и экологичнее.

Это открытие может иметь и более широкое применение.

Мы можем создать похожие мембраны для добычи других важных элементов из воды, — добавляет Элимелех. — Это новый шаг в восстановлении ресурсов.

Ранее ученые создали реактор для безопасной добычи лития из соляных растворов.