Una célula electroquímica extrae el litio del agua de mar

El sistema ofrece una forma económica de abastecerse de material de batería esencial

07.06.2021 - Arabia Saudita

El litio es un elemento vital en las baterías que alimentan los vehículos eléctricos, pero se espera que la creciente demanda de litio agote las reservas terrestres para 2080. Los investigadores de la KAUST han desarrollado un sistema económicamente viable que puede extraer litio de gran pureza del agua de mar.

Los océanos contienen unas 5.000 veces más litio que la tierra, pero en concentraciones extremadamente bajas, de unas 0,2 partes por millón (ppm). Los iones más grandes, como el sodio, el magnesio y el potasio, están presentes en el agua de mar en concentraciones mucho más altas; sin embargo, los esfuerzos de investigación anteriores para extraer el litio de esta mezcla han dado pocos resultados.

El equipo de la KAUST resolvió este problema con una célula electroquímica que contiene una membrana cerámica de óxido de litio y titanio (LLTO). Su estructura cristalina contiene agujeros lo suficientemente anchos como para dejar pasar los iones de litio y bloquear los iones metálicos más grandes. "Nunca antes se habían utilizado membranas de LLTO para extraer y concentrar iones de litio", afirma el postdoctorado Zhen Li, que ha desarrollado la célula.

La célula contiene tres compartimentos. El agua de mar fluye hacia una cámara de alimentación central, donde los iones de litio positivos pasan a través de la membrana LLTO a un compartimento lateral que contiene una solución tampón y un cátodo de cobre recubierto de platino y rutenio. Por su parte, los iones negativos salen de la cámara de alimentación a través de una membrana de intercambio aniónico estándar y pasan a un tercer compartimento que contiene una solución de cloruro sódico y un ánodo de platino y rutenio.

Los investigadores probaron el sistema con agua de mar del Mar Rojo. A una tensión de 3,25 V, la célula genera gas hidrógeno en el cátodo y gas cloro en el ánodo. Esto impulsa el transporte de litio a través de la membrana LLTO, donde se acumula en la cámara lateral. Esta agua enriquecida con litio se convierte en la materia prima para cuatro ciclos más de procesamiento, alcanzando finalmente una concentración de más de 9.000 ppm. Al ajustar el pH de esta solución se obtiene un fosfato de litio sólido que sólo contiene trazas de otros iones metálicos, lo suficientemente puro como para cumplir los requisitos de los fabricantes de baterías.

Los investigadores calculan que la célula sólo necesitaría 5 dólares de electricidad para extraer 1 kilogramo de litio del agua de mar. El valor del hidrógeno y el cloro producidos por la célula compensaría con creces este coste, y el agua de mar residual también podría utilizarse en plantas desalinizadoras para obtener agua dulce.

"Seguiremos optimizando la estructura de la membrana y el diseño de la célula para mejorar la eficiencia del proceso", afirma el jefe del grupo, Zhiping Lai. Su equipo también espera colaborar con la industria del vidrio para producir la membrana LLTO a gran escala y a un coste asequible.

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