Các nhà nghiên cứu tại Mỹ vừa phát triển thành công một phương pháp điện hóa mới giúp chiết xuất lithium đạt độ tinh khiết lên tới 99%. Đột phá này cho phép tách thành công loại vật liệu làm pin tối quan trọng này ngay trong một dung dịch chứa tỷ lệ tạp chất natri so với lithium lên đến 1.000:1. Thành tựu mang tính cách mạng của nhóm nghiên cứu đến từ đại học Chicago hứa hẹn sẽ mở ra một chương mới cho ngành công nghiệp năng lượng toàn cầu.
Hình minh họa.
Giải bài toán cân bằng năng lượng bằng mô hình giao thông ẩn dụ
Về mặt kỹ thuật, các nhà khoa học đã ứng dụng dòng điện để thực hiện quá trình xen cài điện hóa, giúp chèn các ion vào giữa các lớp vật liệu coban oxit. Khó khăn lớn nhất của phương pháp này là các đường dẫn vi mô để kéo ion lithium cũng sẽ vô tình tiếp nhận cả ion natri vốn phổ biến hơn và rất tương đồng về mặt hóa học. Nghiên cứu sâu cho thấy quá trình dịch chuyển này bị chi phối bởi hai phản ứng song song xảy ra cùng lúc là phản ứng thúc đẩy bởi điện tích và phản ứng tìm trạng thái cân bằng tự nhiên.
Để dễ hình dung, các nhà khoa học đã mô tả đường dẫn ion này giống như một tuyến đường cao tốc được bao quanh bởi các bãi đậu xe ẩn dụ. Khi natri tràn vào, nó sẽ chen lấn và ép chặt tất cả các vị trí trống xung quanh khiến "bãi đỗ xe" dành cho lithium bị lấp đầy hoàn toàn. Việc vượt qua thách thức cốt lõi này đòi hỏi nhóm nghiên cứu phải vừa tối ưu hóa kích thước hạt của ion lithium, vừa tìm ra sự cân bằng hoàn hảo về tốc độ giữa hai phản ứng cạnh tranh nhau.
Bằng cách chủ động thiết lập tốc độ bơm dòng điện, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng việc chèn các ion một cách chậm rãi sẽ mang lại hiệu quả cao nhất. Điều này cho phép quá trình trao đổi ion có đủ thời gian để bắt kịp với quá trình xen cài, tạo ra một phản ứng vật liệu có tính đảo ngược rất cao. Khám phá mới vừa là một bước tiến lớn trong khoa học thuần túy, vừa đặt nền móng vững chắc để phát triển các kỹ thuật khai thác tối ưu ngoài đời thực.
Quặng pegmatit spodumene là nguồn quan trọng nhất để sản xuất lithium hydroxide, được sử dụng trong pin lithium-ion.
Đột phá công nghệ này xuất hiện trong bối cảnh các phương pháp thu hoạch lithium truyền thống bằng axit hoặc hút nước muối đang vấp phải nhiều chỉ trích vì tàn phá môi trường. Trong khi pin đóng vai trò là "ngựa thồ" cho công cuộc chuyển dịch thoát ly nhiên liệu hóa thạch, ngành sản xuất vẫn rất cần các giải pháp khai thác sạch. Phương pháp điện hóa mới của các nhà khoa học Mỹ chính là chìa khóa mở ra hướng đi xanh và bền vững hơn cho tương lai ngành năng lượng.
An An - IE
