最具有潜力的电池材料（海水可以提供几乎无限量的关键电池材料）

锂从玻利维亚的盐水中提取诺亚·弗里德曼-鲁多夫斯基/彭博社通过GETTY IMAGES

蓬勃发展的电动汽车销售刺激了对锂的需求不断增长。但是，对于制造充满动力的可充电电池至关重要的轻金属并不丰富。现在，研究人员报告了朝着利用几乎无限的锂供应迈出的重要一步：将其直接从海水中拉出。

“这代表了该领域的实质性进展”，首尔国立大学的化学工程师Jang Wook Choi说，他没有参与这项工作。他补充说，这种方法也可能被证明对从废旧电池中回收锂有用。

锂在可充电材料中备受推崇，因为它比其他电池材料按重量存储更多的能量。制造商每年使用超过160，000吨的材料，预计未来十年这一数字将增长近10倍。但锂供应有限，集中在少数几个国家，那里的金属要么开采，要么从咸水中提取。

锂的稀缺性引发了人们的担忧，即未来的短缺可能导致电池价格飙升，并阻碍电动汽车和其他锂依赖技术的增长，如特斯拉Powerwalls，通常用于存储屋顶太阳能的固定电池。

海水可以来救援。据估计，世界海洋含有1800亿吨锂。但它是稀释的，大约是百万分之0.2。研究人员设计了许多过滤器和膜，试图选择性地从海水中提取锂。但这些努力依赖于蒸发掉大部分水来浓缩锂，这需要大量的土地使用和时间。迄今为止，这种努力尚未证明是经济的。

Choi和其他研究人员还尝试使用锂离子电池电极直接从海水和盐水中抽取锂，而无需先蒸发水。这些电极由三明治状层状材料组成，设计用于在电池充电时捕获和保持锂离子。在海水中，施加在锂抓取电极上的负电压将锂离子拉入电极中。但它也吸收了钠，这是一种化学上相似的元素，在海水中的含量是锂的10万倍。如果这两种元素以相同的速率进入电极，钠几乎完全排挤锂。

为了解决这个问题，由斯坦福大学材料科学家Yi Cui领导的研究人员寻找使电极材料更具选择性的方法。首先，他们在电极上涂上一层薄薄的二氧化钛作为屏障。由于锂离子比钠小，因此它们更容易穿过并进入电极夹层。

研究人员还改变了他们控制电压的方式。他们没有像其他人那样对电极施加恒定的负电压，而是循环它。首先，他们施加负电压，然后短暂地将其关闭。接下来，他们施加一个正电压，再次将其关闭，然后重复循环。

崔解释说，电压的变化会导致锂和钠离子进入电极，停止，然后在电流反转时开始移回。然而，由于电极材料对锂的亲和力略高于钠，因此锂离子首先进入电极，最后离开。因此，重复该循环将锂集中在电极中。经过10次这样的循环，只需几分钟，Cui及其同事最终得出了锂与钠的一比一比例，他们本月以焦耳为单位报告。

“这至少使选择性翻了一番，”与之前使用电池电极收集锂的尝试相比，芝加哥大学材料科学家Chong Liu说，他之前是崔氏实验室的博士后科学家。

刘说，这一进展仍然不太可能便宜到足以与陆地上的锂矿开采竞争。然而，她说，她的团队正试图使用其他类型的锂离子电池电极来提高选择性。

Choi补充说，这种方法也可能被证明有助于从废弃的电池中回收锂，使金属具有第二次生命 ， 并可能增强电动汽车的优势。