锂离子电池为我们的的电动汽车和大部分数码设备提供动力，但它们有一个明显的问题：它们依赖于大量难以采集的锂。 莱斯大学的新型反应器将使整个过程变得更简单、更安全。如今，很难再买到没有锂离子电池的充电设备了。

地热池（如图中黄石国家公园的大棱镜泉）含有大量的锂

虽然已经出现了一些替代品，例如基于钾或钠的替代品，但锂目前仍是当代电池市场的主流。 这主要是因为，尽管锂离子电池偶尔会爆炸起火，但其出色的能量密度使其能够在相对较小的体积内储存大量电量。 它们的重量也相当轻。

事实上，锂离子电池非常受欢迎，据预测，到 2030 年，锂离子电池的需求将增长七倍，这主要是由于电动汽车的不断普及。 以美元计算，这一增长将从 2023 年的568 亿美元增至 2032 年的 1871 亿美元。

然而，需求快速增长的问题在于锂本身是一种有问题的元素。 虽然它是地球上第 31 种最丰富的元素，但这一事实实际上使它变得相当稀有。 更重要的是，锂通常被困在岩石或地热卤水中，其浓度可能很低，因此提取锂是一个能源密集型过程，通常还伴随着产生有害气体的风险。 开采一吨锂需要大约 220 万升水，挖掘锂矿还会破坏自然栖息地，并从附近社区引水。

莱斯大学的研究人员研制出一种新型电化学反应器，被誉为改变锂采集游戏规则的设备。

该设备解决了从地热水源中的卤水中提取锂的主要问题之一。 虽然这些水源是寻找锂的好地方，但盐水中还含有大量具有类似离子大小和电荷的其他化学物质，包括镁、钙、钠和钾。 从这些化学物质中只分离出锂是极具挑战性的。 更重要的是，盐水中通常含有大量氯离子，在传统的电化学过程中，氯离子会转化为剧毒的氯气来分离锂。

因此，莱斯大学团队建造了一个三室反应器，中间装有新开发的锂离子导电玻璃陶瓷（LICGC）膜。 这种膜通常用于锂离子电池，但以前从未在这种反应器中使用过。 事实证明，这种膜能有效地只让锂离子通过，同时阻挡其他化学物质的离子，尤其是可能有害的氯离子。 在测试中，反应器不仅大大限制了氯气的产生，而且锂纯度达到了 97.5%。

该研究报告的合著者西巴尼-比斯瓦尔（Sibani Biswal）说："这种反应器代表着在提高锂提取效率和减少对环境的危害方面迈出的重要一步。"

莱斯大学化学与生物分子工程系副教授王浩天补充说："长期以来，我们的研究领域一直在与锂提取的低效率和环境影响作斗争。这个反应器证明了基础科学与工程智慧相结合解决现实问题的力量。"

在测试过程中，研究人员确实发现了反应器的一个潜在问题：钠离子积聚在 LICGC 膜上。 这种积聚可能会影响反应器的效率，因此他们找到了一种应对策略，即在运行反应之前降低盐水中的钠含量。 另一种方法是开展未来的研究，了解还有什么其他方法（如专门的膜涂层）可以防止钠离子附着。

详细介绍该反应器的开发和性能的研究报告已发表在《美国国家科学院院刊》杂志上。