Với sự hỗ trợ của Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia Trung Quốc, Giáo sư Zhu Jia từ Đại học Nam Kinh và các cộng sự đã đạt được tiến bộ trong phát triển xanh các nguồn tài nguyên lithium từ hồ muối. Kết quả liên quan, với tiêu đề "Khai thác và lưu trữ lithium bằng năng lượng bốc hơi mặt trời," đã được công bố trực tuyến trên tạp chí Science vào ngày 27 tháng 9 năm 2024.
Là một kim loại chiến lược quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu, lithium được sử dụng rộng rãi trong pin xe điện và hệ thống lưu trữ năng lượng tái tạo. Các mỏ lithium từ hồ muối là nguồn chính của tài nguyên lithium toàn cầu. Ví dụ, Cao nguyên Thanh Hải-Tây Tạng của Trung Quốc rất giàu tài nguyên lithium từ hồ muối. Tuy nhiên, do điều kiện hóa học phức tạp của các hồ muối và yêu cầu bảo vệ môi trường nghiêm ngặt, việc khai thác quy mô lớn chưa được thực hiện, trở thành vấn đề nút thắt trong phát triển tài nguyên lithium từ hồ muối của Trung Quốc. Do đó, phát triển các công nghệ khai thác lithium từ hồ muối mới, xanh, thân thiện với môi trường và bền vững là chìa khóa để giải quyết vấn đề này và có giá trị kinh tế cũng như tầm quan trọng chiến lược đáng kể.
Nhóm của Giáo sư Zhu Jia đã lấy cảm hứng từ cơ chế "hấp thụ-lưu trữ-phóng thích chọn lọc" của các loài thực vật chịu mặn để phát triển các vật liệu và thiết bị khai thác lithium từ hồ muối bằng năng lượng nhiệt mặt trời (STLES, Hình A-B). Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một bộ bốc hơi plasmonic dựa trên nhôm với khả năng chuyển đổi nhiệt mặt trời hiệu quả (Hình C) làm lớp nhiệt mặt trời giao diện để đạt được sự bốc hơi nước nhanh chóng và tạo ra áp suất mao dẫn siêu cao trong các kênh nanomet. Đồng thời, gốm silica xốp ưa nước được sử dụng làm lớp lưu trữ hóa chất lithium (Hình D), và màng lọc nano polyamide được sử dụng làm lớp sàng lọc ion (Hình E) để đạt được sự khai thác và lưu trữ chọn lọc các ion lithium. Trong quá trình hoạt động của thiết bị, nước và hóa chất lithium đi qua lớp sàng lọc ion vào lớp lưu trữ dưới tác động của áp suất mao dẫn, sau đó được thu thập qua hệ thống tuần hoàn nước, hoàn thành quá trình tái tạo của thiết bị. Kết quả nghiên cứu cho thấy công nghệ này có thể khai thác lithium hiệu quả từ nước muối hồ muối loãng và duy trì sự ổn định xuất sắc trong hoạt động liên tục hơn 500 giờ, cho thấy tiềm năng lớn cho ứng dụng lâu dài. Ngoài ra, công nghệ này có tính tương thích mạnh mẽ, và bằng cách tối ưu hóa lớp sàng lọc ion và áp dụng quy trình khai thác lithium đa giai đoạn, độ chọn lọc lithium đã tăng lên 6 lần và 40 lần, tương ứng. Thiết kế mô-đun cũng cho phép sản lượng lithium tăng tuyến tính với số lượng mô-đun, nâng cao tính thực tiễn và khả năng mở rộng của công nghệ này.
Công trình này đạt được việc khai thác hiệu quả các nguồn tài nguyên lithium từ hồ muối thông qua công nghệ khai thác lithium từ hồ muối bằng năng lượng nhiệt mặt trời, dự kiến sẽ thúc đẩy phát triển xanh các nguồn tài nguyên lithium từ hồ muối Thanh Hải-Tây Tạng của Trung Quốc, giảm sự phụ thuộc của Trung Quốc vào quặng lithium nhập khẩu, và đảm bảo nguồn cung an toàn của kim loại chiến lược quan trọng lithium của Trung Quốc.
