美國的研究人員開發出一種新方法，能夠從鈉與鋰比例為 1,000 比 1 的溶液中提取 99% 純鋰。來自芝加哥大學普利茲克分子工程學院的團隊發現，電化學插層可以用於提取關鍵電池材料鋰。這一技術在電池和超級電容器領域中較為常見，研究人員通過施加電流來將離子插入不同材料的層間。現實世界中的提取技術使用此技術從水中提取材料，創造出強制供給的過濾器，利用電流將帶電鋰離子拉過微觀通道。
然而，讓鋰離子通過的通道同時也會容許其他離子進入，包括更為常見的鈉。
這項研究揭示了讓鋰通過分層材料（在此項研究中為鈷氧化物）的離子通道是由兩種力量之間的推拉關係所主導。研究人員表示，這不僅是純科學的進展，也是開發新的現實世界提取技術的途徑。前芝加哥大學 PME 研究生 Grant Hill 博士表示：「我們的目標是開發能夠選擇性分離鋰與其他鹽類的材料。」他指出，這類材料的主要競爭者是鈉，因為它們在化學性質和大小上非常相似。
新技術有助於環保鋰提取
電池是全球從化石燃料轉型的主要動力，但目前用於提取普遍電池材料鋰的方法卻遠非環保。這些方法需要大量的酸來熔化烤製的鋁礬土礦石，或是需要巨大的鹽水坑來從地底深處抽取數百萬加侖的鹽水，並讓其在陽光下蒸發乾燥。芝加哥大學 PME 副教授劉崇表示：「我們知道，有兩個平行反應將始終同時發生。一個是由電荷驅動的，當電流進入材料時；另一個則是材料自然而然會達到平衡。」
Hill 將離子通道形容為被停車場環繞的高速公路。他表示：「每個鋰離子在開始時旁邊有很多空位，而當鈉被加入時，會將所有相鄰的鋰位置擠在一起。對於材料中對鋰友好的區域，停車場已經滿了。」克服這一挑戰需要優化鋰離子的顆粒大小，並在兩個競爭反應之間找到平衡。這兩個反應中的第一個是插層反應，由於研究人員使用電流將離子添加到層間而引起。這就是高速公路上的交通。
第二個反應是離子交換，當競爭的鈉和鋰離子達到平衡時，根據新聞稿，離子向隱喻的停車場的拉入速率。平衡以其自身的速度發生，但研究人員可以確定他們注入離子的速度。這意味著他們可以將第一反應的「速度」設置為三個選項之一：更快、更慢或與第二反應的速度相同。劉崇表示：「我們發現這三種狀態的行為非常不同，只有當你給予足夠的時間讓離子交換追趕插層時，我們才能實現這種非常可逆的材料反應。」
研究人員揭示，緩慢插入離子並找到理想的顆粒大小，使這種可逆性得以實現。