Elektrokimyasal Hücre ile Deniz Suyundan Lityum Elde Edilebilir
Lityum, akülerde elektrikli araçlara güç sağlayan önemli bir kaynaktır ancak lityum talebinin 2080 yılına kadar arazi bazlı rezervleri tüketmesi bekleniyor. KAUST araştırmacıları artık deniz suyundan yüksek saflıkta lityum çıkarabilen ekonomik açıdan uygulanabilir bir sistem geliştirdiler.
Okyanuslar topraktan yaklaşık 5000 kat daha fazla lityum içerir ancak bu oran son derece düşük konsantrasyonlardadır, milyonda yaklaşık 0.2 parça (ppm) içerir. Sodyum, magnezyum ve potasyum dahil olmak üzere daha büyük iyonlar, çok daha yüksek konsantrasyonlarda deniz suyunda bulunur bununla birlikte karışımdan lityum ayırmaya yönelik daha önceki araştırmalar çok az sonuç vermiştir.
KAUST ekibi, bu sorunu lityum lantan titanyum oksit (LLTO) ile yapılmış seramik zar içeren elektrokimyasal bir hücreyle çözdü. Bu kristal yapı lityum iyonlarının geçmesine izin verecek kadar geniş delikler bulundururken daha büyük metal iyonlarını engeller. Hücreyi geliştiren Zhen li, LLTO membranların daha önce lityum iyonları çıkarmak ve konsantre etmek için hiç kullanılmadığını belirtti.
Hücrede üç bölme bulunur. Deniz suyu, pozitif lityum iyonlarının LLTO membranından bir tampon çözeltisi ve platin ve rutenyumla kaplı bir bakır katot içeren bir yan bölmeye geçtiği merkezi bir besleme odasına akar. Bu arada, negatif iyonlar standart bir anyon değişim membranı ile beşleme odasından çıkar ve sodyum klorür solüsyonu ve platin-rutenyum anot içeren üçüncü bir bölmeye geçer.
Araştırmacılar sistemi Kızıldeniz’den gelen deniz suyunu kullanarak test ettiler. 3,25 V gerilimde hücre, katotta hidrojen gazı ve anotta klor gazı üretir. Bu işlem, lityumun yan bölmede biriktiği LLTO membranından taşınmasını sağlar. Bu lityumla zenginleştirilmiş su, dört işlem döngüsü için hammadde haline gelir ve sonunda 9000 ppm’den fazla bir konsantrasyona ulaşır. Bu çözeltinin pH değerinin ayarlanması, diğer metal iyonlarının sadece izlerinin bulunduğu katı lityum fosfat sağlar; bu da pil üreticilerinin gereksinimlerini karşılayacak kadar saftır.
Araştırmacılar, hücrenin deniz suyundan 1 kilogram lityum çıkarmak için yalnızca 5 ABD doları elektrik gerekeceğini tahmin ediyorlar. Hücrenin ürettiği hidrojen ve klorun değeri bu maliyeti dengeleyecektir ve tatlı su sağlamak için tuzdan arındırma tesislerinde kalan deniz suyu da kullanılabilir.
Süreç verimliliğini artırmak için membran yapısını ve hücre tasarımını optimize etmeye devam edeceklerini ekledi grup lideri Zhiping Lai. Ekibi ayrıca LLTO membranını büyük ölçekli ve uygun maliyetli olarak üretmek için cam endüstrisiyle işbirliği yapmayı umuyor.
Kaynak: phys.org