Il litio è un elemento vitale nelle batterie che alimentano i veicoli elettrici, ma si prevede che l'aumento della domanda di litio esaurirà le riserve terrestri entro il 2080. I ricercatori della KAUST hanno ora sviluppato un sistema economicamente fattibile in grado di estrarre il litio di elevata purezza dall'acqua di mare.

Gli oceani contengono circa 5, 000 volte più litio della terra ma a concentrazioni estremamente basse di circa 0,2 parti per milione (ppm). Ioni più grandi, compreso il sodio, magnesio e potassio, sono tutti presenti nell'acqua di mare a concentrazioni molto più elevate; però, precedenti sforzi di ricerca per prendere in giro il litio da questa miscela hanno prodotto ben poco.

Il team KAUST ha risolto questo problema con una cella elettrochimica contenente una membrana ceramica realizzata con ossido di litio e lantanio e titanio (LLTO). La sua struttura cristallina contiene fori abbastanza larghi da consentire il passaggio degli ioni di litio bloccando gli ioni metallici più grandi. "Le membrane LLTO non sono mai state utilizzate per estrarre e concentrare gli ioni di litio prima, "dice il postdoc Zhen Li, che ha sviluppato la cellula.

La cella contiene tre scomparti. L'acqua di mare scorre in una camera di alimentazione centrale, dove gli ioni di litio positivi passano attraverso la membrana LLTO in un compartimento laterale che contiene una soluzione tampone e un catodo di rame rivestito di platino e rutenio. Nel frattempo, gli ioni negativi escono dalla camera di alimentazione attraverso una membrana a scambio anionico standard, passando in un terzo compartimento contenente una soluzione di cloruro di sodio e un anodo di platino-rutenio.

I ricercatori hanno testato il sistema utilizzando l'acqua di mare del Mar Rosso. A una tensione di 3,25 V, la cella genera gas idrogeno al catodo e gas cloro all'anodo. Questo guida il trasporto del litio attraverso la membrana LLTO, dove si accumula nella camera laterale. Questa acqua arricchita di litio diventa quindi la materia prima per altri quattro cicli di lavorazione, raggiungendo alla fine una concentrazione superiore a 9, 000 ppm. La regolazione del pH di questa soluzione fornisce fosfato di litio solido che contiene semplici tracce di altri ioni metallici, abbastanza puro da soddisfare i requisiti dei produttori di batterie.

I ricercatori stimano che la cella avrebbe bisogno di soli 5 dollari di elettricità per estrarre 1 chilogrammo di litio dall'acqua di mare. Il valore dell'idrogeno e del cloro prodotti dalla cella compenserebbe ampiamente questo costo, e l'acqua di mare residua potrebbe essere utilizzata anche negli impianti di desalinizzazione per fornire acqua dolce.

"Continueremo a ottimizzare la struttura della membrana e il design delle celle per migliorare l'efficienza del processo, ", afferma il leader del gruppo Zhiping Lai. Il suo team spera anche di collaborare con l'industria del vetro per produrre la membrana LLTO su larga scala e a costi accessibili.