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海水提“锂”不是梦

发布时间:2018-09-28
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何平向记者展示实验中的陶瓷膜片    张向冰/摄<br>

图片何平向记者展示实验中的陶瓷膜片 张向冰/摄







  日前,南京大学现代工程与应用科学学院一个研究团队,经过两年多时间反复实验,将“组合电解液”的思路应用到海水提取金属锂技术中,并首次使用锂离子选择性透过膜,成功实现从海水中提取金属锂单质。今年7月27日,这一研究成果在学术刊物《Cell》的能源材料子刊《Joule》上在线发表,引发国际同行普遍关注。





海中取“锂”大有可为




  人类目前使用的能源除了传统能源,还有太阳能、风能等,但后者受各种条件影响具有局限性。其中,能源储能技术是关键。而当前储存能量“一统天下”的就是锂电池。  

据专家介绍,锂是一种轻金属,在国防建设与国民经济的发展中有着重大的战略意义。海水中蕴含的锂资源是陆地的1.6万倍。虽然目前陆地上的锂资源能够满足市场需求,但如果能实现从海水中简便、可控、清洁地提取锂,人类将在未来获得巨大的锂资源。




  目前,许多国家已开始从事海水提锂技术研究。其中,日本、以色列等国创造的海水提锂吸附法,性能较优越。如日本科学家研发的船舶海水提锂装置,是将船开到外海慢速航行,使吸附床水箱内的吸附剂充分与海水接触,约20天后归航。靠岸后,再用陆上设置的抽砂泵将吸附剂抽送到陆上的脱附槽中。脱附后的吸附剂再用抽砂泵送回船上,循环使用。但该提锂工艺及设备目前还处在起步阶段。


创新思路获成功



  南京大学3位科学家研发的全新海水提锂”技术,为海洋锂资源开发开辟了全新道路。  

何平教授告诉记者:“现有的海水提锂技术无法满足新型锂电池技术对锂资源的大量需求。在前人研究的基础上,我们提出以太阳能为驱动能,基于组合电解液思路和离子选择性固体薄膜的恒流电解技术,成功从海水中提取了金属锂单质。”




  据何平介绍,与传统方法只能得到锂盐或锂化合物相比,新技术具有可直接提炼金属锂、提炼速度可控、适合大规模生产制备等特点。此外,由于通过太阳能转化为电能来收集和存储锂,是一种清洁绿色的能源利用方式。  

该项研究得到了国家重大科学研究计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和江苏省优势学科项目的资助。何平教授认为,“虽然由于生产成本、市场需求等原因,海水制锂技术产业化应用还有很长过程,但作为一项颠覆性和前瞻性的科学研究,该技术的发明为海洋锂资源开发开辟了全新的道路。”





新技术前景可期




  “海水元素多样化,从海水里提取锂元素,是一个不错的尝试。但海水单位锂元素存量很少,我们这次实验用海水取自大连海域。由于海域不同,每吨海水提取锂元素存量大概在0.2克~0.3克之间。尽管单位数量少,但海水总量很大。”何平说。  

在南京大学科学楼一间仅有20平方米的实验室里,何平向记者展示了一块神奇的陶瓷膜片。“这个陶瓷膜片尺寸,可以根据实际需要调节。实验结果表明,仅有锂离子方能通过该陶瓷膜,在陶瓷膜的另一侧没有发现其他元素穿过。由此可以证明,我们完全可以将海水中的锂资源真正做到‘吃干榨尽’,可大大降低未来产业化企业成本。”




  作为世界能源科学领域知名科学家、国家千人计划特聘专家,南京大学现代工程与应用科学学院周豪慎教授,早年曾受聘于日本国立东京大学特任教授和日本国立产业技术综合研究所首席研究员,在国际科学界首次提出组合电解液的概念。何平曾留学日本,追随周豪慎教授攻读博士后。如今,他们指导的学生杨思勰博士,作为海水提锂新技术研发者之一,即将奔赴英国牛津大学攻读博士后。  

“作为现代社会最重要的矿物资源之一,锂被广泛应用于陶瓷化工、医药、核工业及锂电池工业中。现阶段,陆地上可开采锂储量主要来于矿石和卤水,可开发过程中存在污染大、资源紧缺等问题。这项新技术的突破,在世界范围内尚属首创。目前,该技术还在实验阶段,有望在未来投入市场。”展望未来,何平信心满满。


 

文章来源:中国海洋报
责任编辑:闫景臻

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