海水可以提供几乎无限量的关键电池材料

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电动汽车的蓬勃销售刺激了对锂日益增长的需求。然而，轻金属对于制造用于电源封装的可充电电池非常重要，并且并不丰富。现在，研究人员报告说，在开发几乎无限的锂供应方面迈出了重要的一步：锂是直接从海水中提取的。

首尔国立大学的化学工程师张旭(Jang Wook Choi)表示，“这代表着这一领域的重大进步。”他补充说，这种方法也可能有助于从废电池中回收锂。

锂受到可充电电池的青睐，因为它比其他电池材料储存更多重量的能量。制造商每年使用超过16万吨这种材料，预计在未来十年内将增加近10倍。然而，锂的供应有限，集中在少数几个国家，这些国家开采金属或从盐水中提取金属。

锂的稀缺引发了人们的担忧，即未来的短缺可能导致电池价格飙升，阻碍电动汽车和其他依赖锂的技术(如特斯拉Powerwalls)的发展，这些技术通常用于存储屋顶太阳能。

海水可以拯救。据估计，世界海洋中含有1800亿吨锂。但它很薄，大约百万分之0.2。研究人员设计了许多过滤器和膜，试图从海水中选择性地提取锂。然而，这些努力依赖于蒸发大量的水来浓缩锂，这需要大量的土地使用和时间。到目前为止，还没有证明这样的努力是经济的。

Choi和其他研究人员还试图使用锂离子电池电极直接从海水和盐水中提取锂，而无需先蒸发水。这些电极由夹层材料组成，设计用于在电池充电时捕获和保留锂离子。在海水中，施加到锂捕获电极的负电压将锂离子拉入电极。但是它也吸收钠，这是一种化学性质相似的元素。海水中钠的含量约为锂的10万倍。如果这两种元素以相同的速度进入电极，钠将几乎完全取代锂。

为了解决这个问题，由斯坦福大学材料科学家崔屹领导的研究人员正在寻找使电极材料更具选择性的方法。首先，他们在电极上涂上一薄层二氧化钛作为阻挡层。因为锂离子比钠小，所以它们更容易穿过并进入电极夹层。

研究人员还改变了他们控制电压的方式。他们没有像其他人一样给电极施加恒定的负电压，而是循环使用。首先，他们施加负电压，然后短暂关闭。接下来，他们施加正电压，再次关闭，然后重复这个循环。

崔解释说，电压的变化会导致锂离子和钠离子进入电极，停止，然后在电流反向时开始向后移动。然而，由于电极材料对锂的亲和力略高于钠，锂离子首先进入电极，最后离开。因此，重复这个循环可以将锂集中在电极中。经过10次这样的循环(仅仅几分钟)，崔和他的同事最终得到了锂钠比为1比1的结果，他们在本月的Joule上报道了这一结果。

芝加哥大学的材料科学家刘冲说：“与以前使用电池电极收集锂的尝试相比，选择性至少提高了一倍。”刘冲曾经是崔氏实验室的博士后科学家。

刘说，这一进展可能仍然不够便宜，不足以与陆上锂矿竞争。然而，她说，她的团队正在尝试使用其他类型的锂离子电池电极来提高选择性。

Choi补充说，这种方法也可能有助于从废旧电池中回收锂，赋予金属第二次生命，并可能提升电动汽车的优势。

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