Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Lit z wody morskiej? Niewyczerpane źródło pierwiastka może stanąć przed nami otworem

Recommended Posts

Wzrost popularności samochodów elektrycznych wiąże się ze zwiększonym zapotrzebowaniem na lit, wykorzystywany do produkcji akumulatorów. Co prawda jest on dość szeroko rozpowszechniony w skorupie ziemskiej, jednak tylko w niewielu miejscach występuje w takiej ilości i stężeniach, że opłaca się go pozyskiwać. Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda dokonali właśnie znacznego kroku na drodze do pozyskiwania litu z niemal niewyczerpanego źródła – wody morskiej.

Obecnie każdego roku przemysł wykorzystuje ponad 160 000 ton litu. W następnej dekadzie zapotrzebowanie na ten pierwiastek będzie 10-krotnie wyższe niż obecnie. Tymczasem w niewielu krajach na świecie opłaca się go pozyskiwać. Największym światowym rezerwuarem litu jest boliwijski Salar de Uyuni, gdzie występuje ponad 5 milionów ton litu. Prawdopodobnie największe zasoby tego pierwiastka posiadają Chile (7,5 miliona ton), Chiny (3,5 miliona ton) oraz Australia (1,5 miliona ton).

Kolosalne zasoby litu – szacowane na 180 miliardów ton – znajdują się w wodzie morskiej. Występują tam jednak w niezwykle małym stężeniu wynoszącym 0,2 części na milion. Dla porównania, w Salar de Uyuni koncentracja litu sięga nawet 280 ppm, jest więc 1400-krotnie większa niż w wodzie morskiej.

Dotychczas naukowcy opracowali wiele filtrów i membran, za pomocą których próbują pozyskiwać lit z wody morskiej. Jednak techniki te bazują na odparowywaniu wody w celu zwiększenia koncentracji litu, a to z kolei wymaga czasu i olbrzymich powierzchni.

Z kolei Jang Wook Choi, inżynier z Seulskiego Uniwersytetu Narodowego próbował wraz z zespołem pozyskiwać lit za pomocą akumulatorów litowych. Ich pomysł polegał na zanurzeniu elektrod w wodzie, co prowadziło do przyciągnięcia jonów litu do elektrody. Problem jednak w tym, że przyciągany był również sód, którego w wodzie morskiej jest 100 000 razy więcej niż litu. To zaś prowadziło do całkowitego zagłuszenia litu przez sód.

Teraz Yi Cui i jego zespól z Uniwersytetu Stanforda postanowili spowodować, by materiał wykorzystany do elektrod bardziej selektywnie przyciągał pierwiastki. Najpierw pokryli elektrodę cienką warstwą dwutenku tytanu. Jako, że jony litu są mniejsze od jonów sodu, łatwiej im przedostać się przez taką barierę. Ponadto naukowcy zmienili sposób podawania napięcia do elektrody. Zamiast podawać do elektrody stałe napięcie ujemne, jak to robili inni, zmieniali je. Najpierw podawali napięcie ujemne, później na chwilę wyłączali elektrodę, następnie podawali napięcie dodatnie, wyłączali i powtarzali cały cykl.

Jak wyjaśnia Cui, takie manipulacje napięciem powodowały, że jony sodu i litu poruszały się do elektrody, zatrzymywały się i poruszały się od elektrody. Jednak, jako że materiał elektrody miał nieco większe powinowactwo do litu, jony litu były tymi, które pierwsze do elektrody trafiały i ostatnie ją opuszczały. Po 10 takich cyklach, które w sumie trwały kilka minut, stosunek jonów litu do sodu wynosił 1:1. To znaczący postęp, przyznaje Choi.

Nowa technologia wciąż prawdopodobnie nie jest konkurencyjna ekonomicznie w porównaniu z obecnie stosowanymi metodami. Jednak Chong Liu z University of Chicago, która w przeszłości współpracowała z Cui, zapowiada, że spróbuje wykorzystać inny typ elektrod i być może uda się osiągnąć lepsze wyniki. Z kolei Choi dodaje, że nowa technologia może przydać się przy odzyskiwaniu litu ze zużytych akumulatorów.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zwierzęta morskie utrzymują równowagę wśród wirusów zamieszkujących wodę. Biolog morski Jennifer Welsh będzie w najbliższy poniedziałek broniła – oczywiście online – pracy doktorskiej na Wolnym Uniwersytecie w Amsterdamie. Jej temat brzmi Marine virus predation by non-host organism.
      Wirusy to najbardziej rozpowszechnione cząstki biologiczne w środowisku morskim. Niewiele jednak wiadomo o potencjalnych skutkach ekologicznych procesu usuwania wirusów przez organizmy nie będące ich gospodarzami, czytamy w artykule, który Welsh opublikowała na łamach Nature. Wiemy, że wirusy, poprzez uśmiercanie czy skracanie życia w inny sposób, regulują populację organizmów będących ich gospodarzami. Pani Welsh chciała się dowiedzieć, jak populacja wirusów jest regulowana przez organizmy nie będące ich gospodarzami.
      Wirusy mogą być pożywieniem dla wielu organizmów. Na przykład ostryżyca japońska filtruje wodę, by pobierać z niej tlen, glony i bakterie. Przy okazji pochłania jednak wirusy. Podczas naszych eksperymentów nie podawaliśmy ostryżycom żadnego pożywienia. Filtrowały wodę tylko po to, by pobrać z niej tlen. Okazało się, że usunęły z wody 12% wirusów, mówi Welsh.
      Jednak to nie ostryżyce najbardziej efektywnie usuwały wirusy. Uplasowały się dopiero na 4. pozycji wśród zwierząt badanych przez Welsh. Z organizmów, które testowaliśmy, najlepiej sprawowały się gąbki, kraby i sercówki. Podczas naszych eksperymentów w ciągu trzech godzin gąbki usunęły z wody aż 94% wirusów. Nawet, gdy co 20 minut dostarczaliśmy do wody kolejny zestaw wirusów gąbki niezwykle efektywnie je usuwały, mówi uczona.
      Welsh dodaje, że uzyskanych przez nią wyników nie można przekładać wprost na środowisko naturalne. Tam sytuacja jest znacznie bardziej złożona. Obecnych jest bowiem wiele innych gatunków, które wpływają na siebie nawzajem. Na przykład, gdy ostryżyca filtruje wodę i w pobliżu znajdzie się krab, ostryżyca zamyka skorupę i przestaje filtrować. Ponadto na zwierzęta mają wpływ ruchy wody, temperatura, promieniowanie ultrafioletowe, wyjaśnia.
      Badania Welsh przydadzą się w akwakulturze. Ryby hoduje się tam w zamknięciu w wodach oceanicznych. W takich farmach słonej wody olbrzyma liczba zwierząt z jednego gatunku jest trzymana w monokulturze. Jeśli w takich hodowli wybuchnie epidemia, istnieje wysokie ryzyko, że patogen rozprzestrzeni się na żyjące w oceanie dzikie populacje. Jeśli do takiej hodowli dodamy wystarczającą liczbę gąbek, możemy zapobiec rozprzestrzenianiu się epidemii.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Używamy coraz więcej smartfonów, samochodów elektrycznych i innych urządzeń, wymagających stosowania akumulatorów. To jednak oznacza coraz większe zapotrzebowanie na metale ciężkie, które stanowią olbrzymie zagrożenie zarówno dla ludzkiego zdrowia, jak i środowiska naturalnego. Szczególne kontrowersje budzi wykorzystywanie kobaltu, pozyskiwanego głównie w centralnej Afryce. Z jego wydobyciem wiąże się olbrzymie niszczenie środowiska naturalnego, niewolnictwo, morderstwa i gwałty.
      Naukowcy z IBM Research wykorzystali trzy opracowane przez siebie materiały, które nigdy nie były jeszcze używane w akumulatorach i stworzyli w ten sposób urządzenie, które nie wykorzystuje ani metali ciężkich, ani innych materiałów, z wydobyciem których wiąże się popełnianie przestępstw na ludziach czy środowisku naturalnym.
      Wspomniane materiały można pozyskać z wody morskiej, co jest metodą mniej szkodliwą dla środowiska niż wydobywanie metali z ziemi. Podczas wstępnych testów nowego akumulatora stwierdzono, że można go zoptymalizować tak, by przewyższał akumulatory litowo-jonowe w wielu kategoriach, takich jak – niższa cena, krótszy czas ładowania, wyższa moc i gęstość energetyczna, lepsza wydajność energetyczna oraz mniejsza palność.
      Opracowana przez Battery Lab katoda nie potrzebuje kobaltu i niklu, a akumulator zawiera bezpieczny elektrolit o wysokiej temperaturze zapłonu. Ponadto podczas testów okazało się, że w czasie ładowania nie powstają dendryty, które są poważnym problemem w akumulatorach litowo-jonowych, gdyż mogą doprowadzić do spięcia i pożaru.
      Dotychczas przeprowadzone testy pokazują, że odpowiednio skonfigurowany nowy akumulator można naładować do 80% w czasie krótszym niż 5 minut. W połączeniu ze stosunkowo niskim kosztem pozyskania materiałów, możemy mieć do czynienia z tanim akumulatorem, który można szybko naładować. Inżynierowie IBM-a obliczają, że w szczególnie wymagających zastosowaniach, jak na przykład lotnictwo, akumulator można skonfigurować tak, by jego gęstość energetyczna była większa niż 10 000 W/L. Ponadto akumulator wytrzymuje wiele cykli ładowania/rozładowania, dzięki czemu może być wykorzystywany w sieciach energetycznych, gdzie wymagana jest długa i stabilna praca.
      Podsumowując, początkowe prace pokazały, że IBM Research opracował tani akumulator, w którym nie są wykorzystywane kobalt, nikiel i inne metale ciężkie, który można naładować do 80% w czasie krótszym niż 5 minut, którego gęstość mocy może przekraczać 10 000 W/L, a gęstość energii jest wyższa od 800 Wh/L, którego wydajność energetyczna przekracza 90% i którego elektrolit jest mniej palny.
      Teraz IBM Research wspólnie z Mercedes-Benz Research, Central Glass i Sidusem prowadzi badania, które mają na celu dalsze rozwijanie tej technologii, opracowanie infrastruktury potrzebnej do produkcji nowych akumulatorów i ich komercjalizacji.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Grafen ma wiele niezwykłych właściwości, jednak nie jest materiałem piezoelektrycznym.  Piezoelektryczność to właściwość niektórych materiałów, polegająca na tym, że przy zginaniu, ściskaniu i skręcaniu materiały te produkują ładunki elektryczne. Występuje też zależność odwrotna - pole elektryczne wywołuje odkształcenie materiału piezoelektrycznego, dając nad nim duża kontrolę.
      W ACS Nano ukazał się artykuł, w którym dwóch inżynierów ze Stanford University opisuje, w jaki sposób nadali grafenowi właściwości piezoelektryczne.
      Fizyczne deformacje, jakie możemy tworzyć, są wprost proporcjonalne do przyłożonego pola elektrycznego, co daje nam niedostępną wcześniej możliwość kontrolowania elektroniki w nanoskali - stwierdził Evan Reed, szef Materials Computation and Theory Group i główny autor badań. To pozwala mieć nadzieję, na zrealizowanie koncepcji ‚straintroniki’, zwanej tak ze względu na sposób, w jaki pole elektryczne w sposób przewidywalny zmienia kształt sieci krystalicznej węgla - dodał uczony.
      Mitchell Ong, autor artykułu w ACS Nano, uważa, że „piezoelektryczny grafen może może zapewnić niedostępny dotychczas stopień elektrycznej, mechanicznej i optycznej kontorli nad różnymi urządzeniami, od ekranów dotykowych po nanotranzystory“.
      Za pomocą symulacji przeprowadzanych na superkomputerach, inżynierowie sprawdzali skutki domieszkowania grafenu po jednej lub obu stronach sieci krystalicznej. Modelowano domieszkowanie litem, wodorem, potasem i fluorem oraz ich kombinacjami. Wyniki zaskoczyły naukowców. Sądziliśmy, że pojawi się efekt piezoelektryczny, ale będzie on słaby. Tymczasem jest on podobny do występującego w tradycyjnych materiałach - mówi Reed.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Wydawałoby się, że trudno o bardziej przewidywalny pierwiastek niż lit - najlżejszy metal, o licznie atomowej zaledwie 3. Tymczasem okazało się, że zachowanie litu bywa nieprzewidywalne i zależy od zjawisk kwantowych.
      W warunkach pokojowych lit przybiera formę kryształu o strukturze romboedru, przy wyższym ciśnieniu i temperaturze zmieniającą się w układ regularny (sześcienny) centrowany ściennie lub przestrzennie. Są to najprostsze struktury krystaliczne, nie spodziewano się więc żadnych niespodzianej przy innych warunkach, dopóki w ciągu ostatnich kilku lat nie zaobserwowano kilku zaskakujących anomalii, jak przejście z metalu do półprzewodnika w niskiej temperaturze, a poniżej 17 Kelwinów nawet nadprzewodnika.
      Uczeni z University of Edinburgh oraz Carnegie Institution of Washington doszli do wniosku, że dane na temat zachowania litu są niekompletne i poddali go testom w szerokim zakresie: aż do ciśnienia 1,3 Mbara i w zakresie temperatur od 77 do 300 Kelwinów. Wyniki okazały się bardzo ciekawe.
      Pierwszą niespodzianką była temperatura topnienia, który w większości materiałów rośnie wraz z ciśnieniem i nawet dla najlżejszych gazów: wodoru i helu wynosi 1000 Kelwinów przy ciśnieniu 0,5 Mbara, zaś lit przy takim ciśnieniu pozostaje w stanie ciekłym aż do zdumiewająco niskiej temperatury 190 K - to najniższa temperatura topnienia przy takim ciśnieniu, jaką zaobserwowano dla jakiegokolwiek materiału.
      Kolejne niespodzianki czekały przy podnoszeniu ciśnienia powyżej 0,6 Mbara. Tak ściskany lit zmienia swoją strukturę krystalograficzną na bardziej skomplikowaną, przyjmując postaci z 40, 88 i 24 atomami na pojedynczy element kryształu. Struktury złożone z 40 i 88 atomów nie mieściły się nawet w teoretycznych przewidywaniach.
      Wygląd wykresy zależności stanu litu od temperatury i ciśnienia, zwłaszcza zaś zaskakująco niska temperatura topnienia są wynikiem tego, że w jego zachowaniu przy wysokim ciśnieniu zaczynają przeważać efekty kwantowe.
      Eksperymenty przeprowadzano w laboratoriach U.S. Department of Energy Office of Science's Advanced Photon Source (APS) w Argonne, oraz w European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) we francuskim Grenoble; wyniki badań opublikowano w Nature Physics.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Japońscy naukowcy porównywali zawartość litu w kranówce z częstotliwością samobójstw w prefekturze Ōita, na terenie której mieszka ponad milion osób. Doszli przy tym do ciekawych wniosków. Okazało się bowiem, że w rejonach, gdzie w wodzie stwierdzano najwięcej tego pierwiastka, liczba samobójstw była znacząco mniejsza (British Journal of Psychiatry).
      Lit jest wykorzystywany w leczeniu zaburzeń nastroju już od dawna. Naukowcy z Uniwersytetów w Hiroszimie i Ōicie (stolicy prefektury) twierdzą jednak, że nawet stosunkowo niskie dawki Li – rzędu 0,7-59 mikrogramów na litr - zmniejszają liczbę samobójstw. Wydaje się, że w grę wchodzi efekt kumulacyjny. Przez lata picia wody o określonym składzie pierwiastek gromadzi się w organizmie i korzystnie oddziałuje na mózg.
      Jedno z przeprowadzonych wcześniej badań również wskazuje na związek pomiędzy piciem wody z litem a liczbą samobójstw. Dane, które zebrano w latach 80., sugerują, że na obszarach obfitujących w Li popełniano ich mniej.
      Japończycy zachęcają kolegów z innych krajów, by przyjrzeli się temu zjawisku na swoim terenie. Pamiętając przebieg debaty na temat fluorkowania wody pitnej, akademicy z Kraju Kwitnącej Wiśni nie posunęli się do tego, żeby zachęcać do stosowania litu podczas uzdatniania w zakładach wodociągowych. Dla części ekspertów jest to dobre rozwiązanie, inni podkreślają, że w większych stężeniach lit daje nieprzyjemne efekty uboczne i może być toksyczny.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...