Une technologie émergente pourrait aider à extraire le lithium des saumures

Comme de plus en plus d’automobilistes adoptent des véhicules hybrides et électriques rechargeables, la demande de batteries au lithium-ion continuera à exploser au cours de la prochaine décennie. Mais les processus d’extraction du lithium peuvent prendre beaucoup de temps et nécessiter une grande quantité de produits chimiques tandis que les sources traditionnelles – y compris la saumure et la roche dure – pourraient finir par s’épuiser.

Les scientifiques et les ingénieurs se tournent désormais vers des sources d’eau non conventionnelles, notamment l’eau produite par le pétrole et le gaz, les saumures géothermiques et les saumures rejetées par le dessalement de l’eau de mer. Mais la question de la quantité de lithium contenue dans ces sources et de la meilleure façon de l’extraire reste ouverte.

L’équipe du professeur adjoint Chong Liu de l’Université de Chicago a maintenant la réponse. En analysant plus de 122 000 sources d’eau non conventionnelles, elle et son équipe ont découvert qu’il y a, en fait, suffisamment de lithium dans ces sources pour qu’il soit intéressant de l’extraire.

Ils ont également découvert que la composition de ces sources – la quantité de sodium, de magnésium, de potassium et de calcium – peut influer sur le rendement de l’extraction d’une technologie émergente, ce qui donne des indications essentielles pour l’affiner et l’optimiser. Les résultats ont été publiés dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.

« J’espère que ces résultats encourageront d’autres personnes à étudier l’extraction du lithium, notamment pour trouver de meilleurs matériaux susceptibles d’accroître la sélectivité du lithium« , a déclaré M. Liu.

Trouver les bonnes sources et les bons matériaux

La technologie étudiée par Liu et son équipe est l’intercalation électrochimique, une méthode hautement sélective d’extraction du lithium qui n’a pas été étudiée à grande échelle parmi les différentes sources d’eau. Cette méthode utilise des matériaux d’électrode ou des membranes pour conduire les ions de la source d’eau vers une structure solide. Le processus d’intercalation sépare l’eau des ions, et les ions de lithium se fixent à une structure matérielle conçue pour les favoriser.

Mais ces sources d’eau contiennent également des ions très similaires aux ions lithium, tant en masse qu’en charge, à savoir le sodium, le magnésium, le potassium et le calcium. L’équipe a voulu mieux comprendre comment le réseau de ces ions affecte la sélectivité d’intercalation électrochimique du lithium.

Ils ont découvert que le sodium agit comme un concurrent pour les sites de stockage dans le cadre du matériau, tandis que le magnésium et le calcium peuvent affecter le transfert de charge du lithium, ce qui influe sur la sélectivité finale du matériau.

« Cela montre que le principal défi de la méthode d’intercalation électrochimique est de savoir comment améliorer la sélectivité du lithium par rapport au sodium« , explique Liu. « Nous montrons que c’est la principale préoccupation que les scientifiques doivent prendre en compte à l’avenir. »

Liu espère que ces résultats inspireront les scientifiques et les ingénieurs à identifier des matériaux capables d’augmenter la sélectivité du lithium, et elle et son équipe étudient également des matériaux dans ce but.

« Nous avons mieux défini le terrain de jeu, et maintenant plus de gens peuvent se joindre à nous et étudier l’extraction du lithium« , a-t-elle déclaré.

Journal : Proceedings of the National Academy of Sciences
DOI : 10.1073/pnas.2200751119
Titre article : « Defining the challenges of Li extraction with olivine host: the roles of competitor and spectator ions »
Date publication article : 25-juillet-2022