روش نوین استخراج لیتیوم و تحول زنجیره تأمین باتری‌ها

یک تیم تحقیقاتی از آزمایشگاه “الیملخ”(Elimelech) در دانشگاه رایس، روش نوینی برای استخراج لیتیوم ارائه کرده‌اند که می‌تواند صنعت تولید باتری را دگرگون کند. این روش که در نشریه Science Advances منتشر شده، از الکترولیت‌های حالت جامد (SSE) به عنوان غشاهای انتخابی برای استخراج لیتیوم از محلول‌های آبی استفاده می‌کند. این فناوری امکان جداسازی بی‌سابقه یون‌های لیتیوم از آب را فراهم می‌آورد.

چالش‌های موجود در استخراج لیتیوم

با افزایش تقاضای جهانی برای لیتیوم، روش‌های سنتی استخراج آن که عمدتاً وابسته به معدن‌کاوی و تبخیر محلول‌های نمکی هستند، به دلیل مصرف بالای انرژی و اثرات زیست‌محیطی، دیگر بهینه محسوب نمی‌شوند. از این رو، پژوهشگران به دنبال راهکارهای جدیدی برای استخراج لیتیوم از منابع غیرمتعارف مانند پساب‌های صنعتی، آب تولیدی نفت و گاز، و آب‌های ژئوترمال بوده‌اند. اما این روش‌ها همواره با چالش انتخاب‌پذیری یون‌ها مواجه بوده‌اند، به‌ویژه در جداسازی لیتیوم از یون‌های مشابه مانند سدیم و منیزیم.

نوآوری در استفاده از SSEها

روش پیشنهادی این پژوهش بر پایه تفاوت اساسی بین SSEها و غشاهای متخلخل معمولی است. برخلاف غشاهای سنتی که از منافذ نانومقیاس برای انتقال یون‌ها استفاده می‌کنند، SSEها از یک سازوکار انتقال ویژه بهره می‌برند که تنها به یون‌های لیتیوم اجازه عبور از یک ساختار کریستالی منظم را می‌دهد.

سوهوم پاتل، نویسنده اصلی این مقاله، توضیح می‌دهد: “این ویژگی باعث می‌شود که تنها یون‌های لیتیوم بتوانند از غشا عبور کنند، در حالی که سایر یون‌ها و حتی مولکول‌های آب مسدود می‌شوند. این انتخاب‌پذیری بی‌نظیر، روش ما را به یک فناوری بسیار کارآمد برای استخراج لیتیوم تبدیل کرده است.”

نتایج تجربی و مزایای روش جدید

پژوهشگران با استفاده از یک سیستم الکترو دیالیز، عبور یون‌های لیتیوم از غشا را بررسی کردند. نتایج نشان داد که حتی در حضور غلظت‌های بالای یون‌های رقیب، SSE توانست با دقت بالا تنها یون‌های لیتیوم را جداسازی کند. تجزیه و تحلیل‌های محاسباتی و تجربی نشان داد که ساختار کریستالی منظم SSE مانع عبور آب و یون‌های بزرگ‌تر مانند سدیم و منیزیم می‌شود.

الیملخ(Elimelech)، سرپرست این پژوهش، می‌گوید: “این غشا مانند یک الک مولکولی عمل می‌کند که فقط به یون‌های لیتیوم اجازه عبور می‌دهد. ترکیب دقت بالا در انتخاب اندازه و بار الکتریکی، SSE را به یک ماده منحصر‌به‌فرد برای جداسازی یون‌ها تبدیل کرده است.”

آینده استخراج لیتیوم با روش‌های پایدار

با توجه به نگرانی‌های زیست‌محیطی و احتمال کمبود منابع لیتیوم، این روش می‌تواند نقشی کلیدی در تأمین پایدار این عنصر حیاتی ایفا کند. غشاهای مبتنی بر SSE می‌توانند نیاز به استخرهای تبخیر و فرآیندهای شیمیایی پیچیده را کاهش داده و استخراج لیتیوم را به روشی دوستدار محیط‌زیست تبدیل کنند.

علاوه بر این، پژوهشگران معتقدند که این فناوری می‌تواند در جداسازی سایر عناصر حیاتی از منابع آبی نیز کاربرد داشته باشد.

الیملخ(Elimelech) در پایان می‌افزاید: “سازوکار انتخاب یونی در SSEها می‌تواند الهام‌بخش توسعه غشاهای مشابه برای بازیابی سایر عناصر ارزشمند از منابع مختلف باشد. این پژوهش راه را برای نسل جدیدی از مواد غشایی در حوزه استخراج منابع باز می‌کند.”