por Robert F. Service
El auge de las ventas de vehículos eléctricos ha estimulado una creciente demanda de litio. Pero el metal ligero, que es esencial para fabricar baterías recargables llenas de energía, no es abundante.
Ahora, los investigadores informan un paso importante para aprovechar un suministro de litio prácticamente ilimitado: sacarlo directamente del agua de mar.
«Esto representa un progreso sustancial» para el campo, dice Jang Wook Choi, un ingeniero químico de la Universidad Nacional de Seúl que participó en el trabajo. Agrega que el enfoque también podría resultar útil para recuperar litio de las baterías usadas.
El litio es apreciado por las recargables porque almacena más energía en peso que otros materiales de batería. Los fabricantes usan más de 160 mil toneladas de material cada año, un número que se espera que crezca casi 10 veces en la próxima década. Pero los suministros de litio son limitados y se concentran en un puñado de países, donde el metal se extrae o se extrae del agua salada.
La escasez de litio ha aumentado la preocupación de que la escasez futura podría hacer que los precios de las baterías se disparen y obstaculizar el crecimiento de los vehículos eléctricos y otras tecnologías dependientes del litio, como Tesla Powerwalls, baterías estacionarias que a menudo se utilizan para almacenar energía solar en la azotea.
El agua de mar podría venir al rescate. Los océanos del mundo contienen aproximadamente 180 mil millones de toneladas de litio. Pero es diluido, presente en aproximadamente 0.2 partes por millón.
Los investigadores han ideado numerosos filtros y membranas para tratar de extraer selectivamente el litio del agua de mar. Pero esos esfuerzos dependen de la evaporación de gran parte del agua para concentrar el litio, lo que requiere un uso extensivo de la tierra y tiempo. Hasta la fecha, estos esfuerzos no han resultado económicos.
Choi y otros investigadores también han tratado de usar electrodos de batería de iones de litio para extraer el litio directamente del agua de mar y las salmueras sin la necesidad de evaporar primero el agua.
Esos electrodos consisten en materiales en capas tipo sándwich diseñados para atrapar y retener iones de litio mientras se carga la batería. En el agua de mar, un voltaje eléctrico negativo aplicado a un electrodo de agarre de litio atrae iones de litio hacia el electrodo. Pero también absorbe sodio, un elemento químicamente similar que es aproximadamente 100 mil veces más abundante en agua de mar que el litio.
Si los dos elementos se introducen en el electrodo a la misma velocidad, el sodio desplaza casi por completo al litio.
Para solucionar este problema, los investigadores dirigidos por Yi Cui, un científico de materiales de la Universidad de Stanford, buscaron formas de hacer que los materiales de los electrodos sean más selectivos. Primero, recubrieron un electrodo con una capa delgada de dióxido de titanio como barrera.
Debido a que los iones de litio son más pequeños que el sodio, es más fácil para ellos pasar a través del sándwich de electrodos.
Los investigadores también cambiaron la forma en que controlaban el voltaje eléctrico. En lugar de aplicar un voltaje negativo constante al electrodo, como lo habían hecho otros, lo reciclaron.
Primero, aplicaron un voltaje negativo y luego lo apagaron brevemente. Luego, aplicaron un voltaje positivo, lo apagaron nuevamente y repitieron el ciclo.
El cambio en el voltaje, explica Cui, hace que los iones de litio y sodio se muevan hacia el electrodo, se detengan y luego comiencen a retroceder cuando la corriente se invierte.
Sin embargo, debido a que el material del electrodo tiene una afinidad ligeramente mayor por el litio que el sodio, los iones de litio son los primeros en moverse hacia los electrodos y el último en salir.
Entonces, repetir este ciclo concentra litio en el electrodo. Después de 10 ciclos de este tipo, que tomaron solo unos minutos, Cui y sus colegas terminaron con una relación uno a uno de litio a sodio, informaron este mes en Joule.
«Eso duplica la selectividad, al menos», en comparación con los intentos anteriores de usar electrodos de batería para recolectar litio, dice Chong Liu, un científico de materiales de la Universidad de Chicago que anteriormente era un científico postdoctoral en el laboratorio de Cui.
El avance aún no es lo suficientemente barato como para competir con la extracción de litio en tierra, dice Liu.
Sin embargo, ella dice que su grupo está tratando de aumentar la selectividad utilizando otros tipos de electrodos de batería de iones de litio.
Choi agrega que el enfoque también podría ser útil para recuperar el litio de las baterías desechadas, lo que le da al metal una segunda oportunidad de vida y, potencialmente, sobrealimenta el ascenso de los vehículos eléctricos.
