El litio necesario para la revolución de la batería podría cosecharse de los lagos de agua salada gracias a una nueva membrana

La demanda de litio está aumentando debido a su uso en baterías para dispositivos móviles, automóviles y almacenamiento de energía limpia. Asegurar el acceso a los depósitos naturales del mineral es ahora una cuestión de importancia estratégica, pero el litio se puede encontrar en otros lugares en la naturaleza.

Como alternativa a la minería, los investigadores imperiales han creado una tecnología que podría usarse para extraerlo de manera eficiente de fuentes de agua salada, como sales saladas o soluciones de salmuera geotérmica.

Convencional litio La extracción de las salmueras lleva meses y utiliza cantidades significativas de agua y productos químicos, generando emisiones de gases de efecto invernadero en el proceso. La alternativa desarrollada por el Dr. Qilei Song y su equipo en el Departamento de Ingeniería Química utiliza una membrana que separa el litio de agua salada Filtrándolo a través de pequeños poros.

La deficiencia habitual con este enfoque es que los poros también dejan a través del magnesio y otros contaminantes, pero el equipo ha desarrollado una clase de polímeros especiales que son altamente selectivos para el litio. Los detalles del método y cómo se puede ampliar para la aplicación práctica, se acaban de ser publicado en el diario Agua de la naturaleza.

Polímeros de microporosidad intrínseca

Durante más de una década, el Dr. Song ha estado trabajando en una nueva generación de sintéticos polímero Membranas, basadas en materiales conocidos como polímeros de microporosidad intrínseca (PIMS). Estos polímeros se disparan con pequeños microporos en forma de vidrio de hora que proporcionan canales ordenados a través de los cuales pueden viajar moléculas y iones pequeños.

En este nuevo estudio, el equipo del Dr. Song afinó los microporos para volverse altamente selectivos para el litio. Utilizado en un dispositivo de electrodiálisis, los iones de litio se tiran efectivamente a través de los microporos de la membrana mediante una corriente eléctrica, mientras que los iones de magnesio más grandes se dejan atrás.

Probadas en salinas simuladas de sales, estas membranas PIM fueron altamente selectivas para el litio y produjeron carbonato de litio de alta pureza.

Sin embargo, si estas membranas deben ser de uso práctico, deben producirse en grandes cantidades. Afortunadamente, los polímeros son solubles en solventes comunes y pueden convertirse en membranas utilizando técnicas industriales establecidas.

“Las rutas de síntesis de polímeros se basan en monómeros disponibles comercialmente y modificaciones químicas simples, lo que hace que ampliar las membranas sea relativamente fácil”, dijo Dingchang Yang, un doctorado. Estudiante en el grupo del Dr. Song que dirigió el trabajo experimental. También se pueden incorporar fácilmente al comercial membrana módulos y combinados con otros procesos de separación, que también acelerarán su uso.

Perspectivas comerciales

Imperial ha presentado solicitudes de patentes para estas membranas y una variedad de usos diferentes, incluida la extracción de litio. El Dr. Song ahora está trabajando con Imperial Enterprise y Chemeng Enterprise, la iniciativa de transferencia de tecnología del Departamento de Ingeniería Química, para explorar la comercialización potencial de la tecnología.

“Estamos en el proceso de establecer una empresa de tecnología climática y estamos ansiosos por construir asociaciones con empresas para extraer litio a gran escala utilizando soluciones de salmuera real”, dijo.

Aislar el litio es solo el comienzo del potencial para estas membranas de alta selectividad. “Esta tecnología tiene un enorme potencial en una variedad de áreas comercialmente importantes, desde el almacenamiento de energía hasta purificación de agua a la recuperación de materiales críticos en un economía circular“, dijo el profesor Sandro Macchietto, director de Enterprise en el Departamento de Ingeniería Química.

Una línea de investigación aplicará los polímeros de intercambio iónico y la electrodiálisis selectiva a la extracción de cobre y otros iones metálicos de las aguas del proceso minero. “Esto se vincula bien con la extracción sostenible de materiales críticos, que está siendo perseguido por el Centro Río Tinto para Materiales futuros en Imperial”, dijo el Dr. Song.