Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vědci prokázali téměř dokonalou selektivitu lithia při využití elektrolytů v pevné fázi (solid-state electrolytes, SSE) jako membránových materiálů pro extrakci v roztocích. Původně byly tyto SSE navrženy pro rychlé vedení iontů lithia v bateriích, ukázalo sel ale, že vysoce uspořádaná a uzavřená struktura SSE umožňuje výjimečně účinnou separaci iontů i ve vodných směsích.
Tento objev snižuje závislost na tradičních technikách těžby a extrakce, které jsou časově náročné a mnohdy neekologické. Aby bylo získávání lithia udržitelnější, zkoumají se technologie přímé těžby lithia, kdy se lithium získává z nekonvenčních zdrojů; příkladem je je voda z těžby ropy a plynu, průmyslové odpadní vody a geotermální solanky. Tyto metody se však potýkají se selektivitou iontů, zejména při snaze oddělit lithium od jiných kladně nabitých iontů podobné velikosti, jako je hořčík a sodík.
Jak uvádí spoluautor studie Menachem Elimelech z Rice University mezi SSE a běžnými nanoporézními membránami existuje zásadní rozdíl. Zatímco tradiční membrány se při transportu iontů spoléhají na hydratované póry v nanorozměrech, SSE přenášejí ionty lithia pomocí bezvodého „přeskakovacího“ mechanismu ve vysoce uspořádané krystalické mřížce. To znamená, že ionty lithia mohou membránou migrovat, zatímco ostatní konkurenční ionty, a dokonce i voda, jsou účinně blokovány. Dokonce i při vysokých koncentracích konkurenčních iontů vykazovala SSE trvale téměř dokonalou selektivitu lithia bez detekovatelných konkurenčních iontů v proudu produktu – něco, čeho konvenční membránové technologie nebyly schopny dosáhnout.
S využitím kombinace výpočetních a experimentálních technik autoři studie zkoumali, proč SSE vykazují tak pozoruhodnou selektivitu lithiových iontů. Závěr zní, že tuhá a pevně zabalená krystalická mřížka SSE brání molekulám vody a větším iontům, jako je sodík, v průchodu membránovou strukturou. Bylo také zjištěno, že ionty hořčíku, které mají jiný (dvojnásobný) náboj než ionty lithia, jsou s krystalovou strukturou neslučitelné z elektrochemických důvodů.
Mřížka tak funguje jako molekulární síto, které umožňuje průchod pouze iontům lithia.
Výsledky také slibují využití SSE i pro jiné iontově selektivní separace než jen pro lithium. „Mechanismy iontové selektivity v SSE by mohly inspirovat vývoj podobných membrán pro extrakci dalších kritických prvků z vodních zdrojů, dodává M. Elimelech.
Sohum K. Patel et al, Approaching infinite selectivity in membrane-based aqueous lithium extraction via solid-state ion transport, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adq9823
Zdroj: Rice University / TechXplore.com, přeloženo / zkráceno
