助理。Chong Liu 教授的實驗室正在開發一種新型電極，可以使用稱為電化學插層的過程從海水中提取有價值的元素。這種方法可以成為在任何地方提取鋰的最可持續的方法之一。

助理。Chong Liu 教授試圖設計電極以從海水中收集鋰電池。

據估計，到本十年末，電動汽車的銷量將推動鋰需求達到目前水平的 5 倍。這種突然的增長促使公司尋找有價值金屬的新來源，但芝加哥大學普利茲克分子工程學院的一位科學家認為，我們擁有所需的所有鋰，而且它正在離岸等待。

目前，世界上大約75% 的鋰來自橫跨阿根廷、玻利維亞和智利的山區，該地區被稱為鋰三角。在那裡，金屬是透過將鹽水泵入巨大的露天盆地中提取出來的，在那裡它會在一年的時間裡蒸發。然而，這個漫長的過程是一個需要鋰的世界的主要瓶頸，雖然其他來源確實存在，但大多數都以環境為代價。

為了防止迫在眉睫的短缺，包括美國在內的許多國家都在為需求元素尋找可持續的提取方法。這就是普利茲克分子工程學院 Neubauer Family 助理教授 Chong Liu 的用武之地。

劉是一名材料科學家——她研究物質的特性以創造高度專業化的材料。目前，她的實驗室正在開發一種新型電極，可以使用稱為電化學插層的過程從海水中提取有價值的元素。雖然硫的工作仍處於早期階段，但它可以提供在任何地方提取鋰的最可持續的方法之一。

“我們最大的動機是創造一個儘可能環保的工藝，”劉說。“由於我們採用電化學方法，我們完全避免了對強熱或強酸的需要，我們只得到我們想要的元素——即單離子選擇性。”

這種方法是美國能源部正在認真考慮的方法。9 月 2 日，劉被任命為 13 名研究人員之一，獲得3000 萬美元基金的一部分，該基金旨在確保國家清潔能源技術的關鍵材料供應。

美國能源部長詹妮弗·格蘭霍姆說：“擴大電動汽車基礎設施、加強我們國家的電網，並透過數百萬個清潔能源工作為我們的經濟提供動力，這些都依賴於確保鈷和鉑等關鍵材料的供應鏈。” “我們無碳未來的關鍵在於加強清潔的美國工業，建立強大的美國製造關鍵材料供應鏈系統，並在國內外積極部署由此產生的氣候技術。”

電化學方法

為了理解硫的方法，想象一個電磁體是有幫助的。類似於電磁鐵如何吸引和收集黑色金屬，硫的過程可以吸引和收集鋰。電化學插層沒有磁性——相反，離子被電場吸引——但原理是相似的。工人將能夠將電極陣列浸入海水池中，吸引鋰，然後將收集到的鋰釋放到儲罐中。

在分子水平上，劉透過設計高度特異性的電極材料來實現這一點，該材料將離子拉向電極，同時僅捕獲某些元素，將其捕獲。

但是，這種方法存在挑戰。由於海水中的鋰濃度非常低，約為百萬分之 0.2，因此任何提取技術都需要非常高效，才能以合理的速度提取鋰。此外，為了在工業規模上使用這些電極，它們需要由高度選擇性、高度耐用的材料製成。為此選擇最佳人選需要時間。

Liu 瞭解這些挑戰，她在設計層面就考慮到了這些挑戰。她的實驗室已經在材料選擇過程中看到了有希望的結果，將候選人範圍縮小到幾個可能的家庭，她正在努力使用新的機器學習技術進一步改進。她希望在未來十年內將有一個新的、完全可持續的鋰提取系統。

“我完全預計，在 10、20 年內，我們將看到人員和貨物運輸方式的徹底轉變，”劉說。“但要創造這一點，以嚴肅的方式應對氣候變化，我們需要為該過程的各個方面找到環保方法，包括電池製造。這就是我們希望提供的。”