科学家揭示“刺猬基因”功能的阶梯式演化
2020-07-17
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电动汽车行业的蓬勃发展，市场对锂的需求不断增长。这种轻金属是制造大功率可充电电池的关键，但其储备量不够丰富一直是个问题。近日，一项来自斯坦福大学的研究可谓向锂资源的无限供应迈出了重要一步：研究人员正尝试直接从海水中提锂。
相对于其他电池材料，锂可以在同等重量单位下存储更多能量。每年，制造锂电池的厂商可消耗16万吨原材料，未来十年，这一需求量有望增长近十倍。
锂的稀缺引发人们的担忧，日后锂电池价格可能因原材料供应不足而飞速上涨，且阻碍电动汽车及相关技术的发展。
但海水中的锂资源相当可观，全球海洋中包含的锂约有1800亿吨。问题在于海水中锂的浓度非常稀薄，约为百万分之0.2。研究人员设计了各种各样的过滤器和膜，以便针对性地从海水中提锂。但目前为止相关技术都需要大量蒸发海水以提高锂的浓度，算上占用的土地和花费的时间，这笔账并不划算。
也有科学家尝试把锂电池电极放到海水中，利用电极上的负电压提锂。但海水中还存在大量的钠，其元素性质与锂极为相似，提锂时，钠也会被吸入。由于海水中的钠比锂多得多，提锂过程中往往会掺入大量的钠，甚至挤占到锂的提取空间。
在本月《焦耳》刊发的研究中，斯坦福大学教授崔屹团队提出了一种针对性更强的提锂方法。他们在电极上涂覆一层薄薄的二氧化钛，锂离子比钠离子体积更小，所以更易穿过薄膜进入电极。
团队还改变了控制电压的方法。不同于向电极施加恒定电压，他们采取了一种循环的方式：先施加负电压，然后暂时关闭，接着再施加正电压，再关闭，如此循环往复，几分钟内可重复十次。
如此设计是因为电压变化也会影响锂离子和钠离子向电极靠拢。采用对锂亲和力更高的电极材料后，锂离子会比钠离子更早进入电极，也会更晚离开电极。数次循环过后，锂就能集中在电极里。最终，研究者得到了钠锂比1：1的结果。
接受《科学》采访时，首尔国立大学化学工程师崔长旭如此点评这项研究：“这项技术意味着该领域取得了一项实质性进步”，并指出该技术对废旧电池中的锂资源回收可能也有帮助。
但也有学者指出，和在陆地上开采锂资源相比，这种方式的成本并不低，但一些研究团队正尝试对锂电电极做改进，试图拓宽电极的选择范围，降低成本。（来源：中国科学报 任芳言）
相关论文信息： https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.05.017
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