鋰作為電池重要原材料之一，目前大部分都是采取從鋰鹽湖中提取的工藝，整個(gè)過(guò)程繁瑣且耗時(shí)長(zhǎng)，同時(shí)還需要大量土地和空間，帶來(lái)巨大環(huán)境成本。針對(duì)這個(gè)資源密集、高成本過(guò)程，美國(guó)普林斯頓大學(xué)一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)日前研發(fā)出一種新的基于繩子的鋰提取技術(shù)，不僅顛覆了傳統(tǒng)工藝，甚至還可以通過(guò)更環(huán)保的方式低價(jià)量產(chǎn)鋰。

無(wú)需化學(xué)品且省水

普林斯頓大學(xué)安德林格能源與環(huán)境中心土木與環(huán)境工程教授、研究小組負(fù)責(zé)人Jason Ren領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在學(xué)術(shù)期刊《自然-水》發(fā)表研究報(bào)告指出，新技術(shù)核心是一組扭曲成繩的多孔纖維，具有親水核心和疏水表面，將其末端浸泡在鹽水溶液中，水沿著繩子通過(guò)毛細(xì)管向上移動(dòng)，整個(gè)過(guò)程與樹木從根部吸收水到葉子的過(guò)程相同。隨著繩子表面水繼續(xù)蒸發(fā)，鹽濃度越來(lái)越高，最終形成氯化鈉和氯化鋰晶體。

Jason Ren表示，由于物理性質(zhì)不同，鋰和鈉會(huì)在繩子的不同位置結(jié)晶。鈉鹽溶解度較低，在繩子下端結(jié)晶，而高溶解度的鋰鹽則在繩子頂部附近結(jié)晶。由于兩者的自然分離，可以單獨(dú)收集鋰和鈉，此前通常需要額外的化學(xué)品進(jìn)行分離。

“整個(gè)過(guò)程就像將一個(gè)蒸發(fā)池掛在一根繩子上。”研究合著者、安德林格能源與環(huán)境中心博士后Sean Zheng說(shuō)，“可以在顯著減少空間足跡的情況下獲取鋰，還可以對(duì)過(guò)程進(jìn)行更精確控制?！?/p>

Jason Ren團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是通過(guò)蒸發(fā)和毛細(xì)管現(xiàn)象的基本過(guò)程來(lái)濃縮、分離和獲取鋰，他們通過(guò)構(gòu)建100根“提取繩”陣列來(lái)展示技術(shù)的潛在可擴(kuò)展性。與傳統(tǒng)蒸發(fā)方法相比，該技術(shù)可以節(jié)省大量水資源，操作方便的同時(shí)還能減少更多碳足跡。

“未來(lái)通過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)還能實(shí)現(xiàn)廣泛規(guī)?；瘧?yīng)用，成為應(yīng)對(duì)關(guān)鍵能源挑戰(zhàn)的環(huán)保解決方案。”Jason Ren強(qiáng)調(diào)。

節(jié)省場(chǎng)地面積并減少時(shí)間

據(jù)了解，目前，全球大部分鋰是從位于鹽灘的鹽水儲(chǔ)層中提取，這種生產(chǎn)方法通常需要數(shù)百平方公里土地，并需要數(shù)月甚至數(shù)年時(shí)間才能生產(chǎn)出可用于電池的鋰。

全球范圍內(nèi)，只有少數(shù)幾個(gè)具有足夠高初始鋰濃度、豐富可用土地、干旱氣候的地區(qū)，可以商業(yè)化生產(chǎn)鋰。比如，美國(guó)只有一個(gè)活躍的鋰鹽水提取地，位于內(nèi)華達(dá)州，占地面積超過(guò)18.13平方公里。

另外，傳統(tǒng)鹽水提取需要從鹽灘、咸湖或地下含水層建造一系列巨大蒸發(fā)池來(lái)濃縮鋰，這個(gè)過(guò)程可能需要幾個(gè)月到幾年。相比之下，“提取繩”技術(shù)更緊湊，可以縮減生產(chǎn)所需面積和時(shí)間，實(shí)現(xiàn)更小成本、更快速生產(chǎn)。值得一提的是，新技術(shù)還可以解鎖那些以前被認(rèn)為太少、太稀、不值得商業(yè)化開發(fā)的鋰資源，如廢棄油氣井、地?zé)猁}水等。

此外，“提取繩”技術(shù)還可以在更潮濕的環(huán)境中運(yùn)用，蒸發(fā)速度甚至不降反增。Jason Ren團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始討論利用該技術(shù)從海水中提取鋰的前景。

《自然-水》基于目前的研究估計(jì)，采用“提取繩”技術(shù)可以減少土地使用面積90%以上，蒸發(fā)過(guò)程可以加速20倍以上，與傳統(tǒng)蒸發(fā)池相比，可以用不到一個(gè)月的時(shí)間獲得鋰。

“隨著技術(shù)不斷創(chuàng)新和成熟，規(guī)?；崛′嚥辉偈菈?mèng)想。這為清潔產(chǎn)鋰提供了新思路?！盝ason Ren說(shuō)。

為鋰商業(yè)量產(chǎn)開辟新途徑

路孚特指出，目前全球正常投產(chǎn)的鋰礦僅有101座，有數(shù)百座鋰礦還在勘探中。根據(jù)國(guó)際能源署數(shù)據(jù)，2010-2019年間開發(fā)鋰礦，從啟動(dòng)到投產(chǎn)平均耗時(shí)超過(guò)16年。也就是說(shuō)，鋰商業(yè)化量產(chǎn)目前在全球范圍內(nèi)仍然是一個(gè)艱巨的任務(wù)。

據(jù)悉，Jason Ren團(tuán)隊(duì)已經(jīng)圍繞“提取繩”技術(shù)成立了初創(chuàng)公司，目標(biāo)是推進(jìn)該技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。Jason Ren團(tuán)隊(duì)同時(shí)還在開發(fā)第二代“提取繩”技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更高效率、更高產(chǎn)量和更好的結(jié)晶過(guò)程控制。

“我們的方法便宜、容易操作，而且只需要很少能源，是一種環(huán)保的解決方案?！盝ason Ren說(shuō)，“隨著實(shí)現(xiàn)商業(yè)化并最終走向量產(chǎn)，可以為環(huán)保且規(guī)模化提取鋰開辟新途徑，破解鋰短缺困局。”

德意志銀行鋰和清潔技術(shù)研究主管科琳·布蘭查德表示：“我們相信，鋰時(shí)常會(huì)出現(xiàn)短缺。供應(yīng)會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，但需求卻將以更快速度增長(zhǎng)?！钡乱庵俱y行預(yù)計(jì)，到2025年底，碳酸鋰將出現(xiàn)約4萬(wàn)噸-6萬(wàn)噸的缺口，到2030年底缺口將擴(kuò)大至76.8萬(wàn)噸?；葑u(yù)解決方案則預(yù)計(jì)，全球最早將在2025年面臨鋰短缺問(wèn)題。

根據(jù)麥肯錫數(shù)據(jù)，2021年，鋰總需求量為50萬(wàn)噸碳酸鋰當(dāng)量，預(yù)計(jì)到2030年將增長(zhǎng)至200萬(wàn)噸-300萬(wàn)噸。另外，2015年只有不到30%的鋰需求來(lái)自電池，隨著電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能技術(shù)加速普及，到2030年電池將占到鋰需求的95%。在全球綠色轉(zhuǎn)型大背景下,鋰供不應(yīng)求將比預(yù)期中更早到來(lái),盡快破解量產(chǎn)難題無(wú)疑是當(dāng)務(wù)之急。