Onderzoekers hebben een nieuwe methode ontwikkeld waarmee lithium met 99% zuiverheid kan worden gewonnen uit extreem zout water waarin natrium duizend keer overvloediger aanwezig is. De techniek kan een belangrijke stap zijn richting efficiëntere en schonere winning van batterijmaterialen.
Lithium is onmisbaar voor batterijen in elektrische auto’s, smartphones en energieopslag. Maar het winnen ervan is allesbehalve eenvoudig. In veel natuurlijke bronnen, zoals zoutwaterbrines, komt lithium voor in een mengsel waarin natrium dominant aanwezig is. Omdat beide ionen sterk op elkaar lijken in grootte en lading, is het scheiden ervan technisch uitdagend en energie-intensief.
De nieuwe studie van de University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering toont aan dat de scheiding niet alleen mogelijk is, maar ook verrassend selectief verloopt.
Elektriciteit als filter
De onderzoekers gebruiken elektrochemische intercalatie om met elektrische spanning ionen in de lagen van een materiaal te duwen. In dit geval fungeert een gelaagd materiaal, zoals kobaltoxide, als een soort selectieve structuur waar lithium- en natriumionen doorheen moeten navigeren.
Hoewel beide ionen dezelfde elektrische lading hebben, reageren ze net iets anders op de interne structuur van het materiaal. Dat kleine verschil is cruciaal bij nauwkeurige sturing van het proces. In plaats van een passief filter gebruiken onderzoekers stroom om het proces actief te sturen, waardoor het materiaal zelf een rol krijgt in de selectie.
Timing en balans zijn cruciaal
Een belangrijk inzicht van het onderzoek is dat er twee processen tegelijk spelen. Enerzijds is er de intercalatie, waarbij ionen door de aangelegde stroom het materiaal in worden geduwd. Anderzijds is er een natuurlijke neiging van het systeem om een chemisch evenwicht te bereiken, waarbij natrium en lithium zich opnieuw verdelen.
Volgens de onderzoekers, waaronder Grant Hill en Chong Liu, bepaalt de verhouding tussen die twee processen uiteindelijk hoe schoon het lithium wordt.
Bij te snel werken raakt de structuur “verstopt” met natrium. Bij te langzaam werken neemt het natuurlijke evenwicht het over en verdwijnt de selectiviteit. Alleen wanneer beide processen in balans zijn, ontstaat een stabiele en herhaalbare scheiding.
Richting duurzamere lithiumwinning
Wat deze aanpak interessant maakt, is dat het niet alleen een laboratoriumtruc is, maar een nieuwe manier van kijken naar materiaalextractie. In plaats van chemicaliën of verdamping in open bassins zetten onderzoekers gecontroleerde elektrochemie in.
Hoewel de techniek nog niet klaar is voor grootschalige toepassing, wijst het onderzoek op een mogelijke route naar efficiëntere lithiumwinning met minder milieu-impact. Zeker nu de vraag naar lithium blijft stijgen door de energietransitie, kan dit soort precisietechnologie in de toekomst een belangrijke rol spelen in de keten van batterijproductie.
