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伴隨著全球汽車工業(yè)朝著電氣化方向發(fā)展，鋰電池的需求到本世紀末預估會是現(xiàn)在的5倍。激增的電池需求迫使各家公司紛紛尋找鋰電池的新來源。芝加哥大學普利茲克分子工程學院的一位科學家認為，我們所需要的龐大鋰金屬正蘊藏在大海中，等待著我們的進一步發(fā)掘。
目前，世界上大約75%的鋰來自于橫跨阿根廷、玻利維亞和智利的一片山地，這個地區(qū)被稱為“鋰三角”。在那里，金屬是通過將鹽水泵入巨大的露天盆地，在一年的時間里將其蒸發(fā)掉而提取的。然而，這個漫長的過程在一個渴望鋰的世界里是一個主要的瓶頸，雖然有其他的來源，但大多數(shù)都有環(huán)境成本。
為了防止迫在眉睫的短缺，包括美國在內(nèi)的許多國家都在尋找可持續(xù)的方法來提取這種需求量大的元素。這就是普利茲克分子工程學院紐鮑爾家族助理教授劉崇(Chong Liu，音譯)的作用。
劉崇是一位材料科學家，她研究物質(zhì)的特性，以創(chuàng)造高度專業(yè)化的材料。目前，她的實驗室正在開發(fā)一種新型的電極，可以通過一種叫做電化學插層(electrochemical intercalation)的過程從海水中提取有價值的元素。雖然劉的工作仍處于早期階段，但它可能是在任何地方提取鋰的可持續(xù)方法之一。
劉說：“我們的主要動機是創(chuàng)造一個盡可能環(huán)保的過程。由于我們采取的是電化學方法，我們完全避免了對強熱或強酸的需求，而且我們只得到我們想要的元素--這就是單離子的選擇性”。
這種方法是美國能源部正在認真對待的一種方法。9月2日，劉被任命為13名研究人員之一，他們將獲得3000萬美元的基金，旨在確保國家清潔能源技術(shù)的關鍵材料供應。
美國能源部部長珍妮弗-格蘭霍姆(Jennifer M.Granholm)說：“擴大電動汽車基礎設施，加強我們國家的電網(wǎng)，并通過數(shù)百萬個清潔能源工作崗位為我們的經(jīng)濟提供動力，這些都依賴于鈷和鉑等關鍵材料供應鏈的保障。我們無碳的未來的關鍵在于加強美國的清潔工業(yè)，建立美國制造的關鍵材料的強大供應鏈系統(tǒng)，并在國內(nèi)和國外積極部署由此產(chǎn)生的氣候技術(shù)”。
在分子層面上，Liu通過設計高度特定的電極材料來實現(xiàn)這一目標，這些材料將離子吸引到電極上，同時只捕捉某些元素，將其捕獲。不過，這種方法也有挑戰(zhàn)。因為海水中的鋰濃度相當?shù)?，約為百萬分之0.2，任何提取技術(shù)都需要非常高效，以便以合理的速度提取鋰。此外，為了在工業(yè)規(guī)模上使用這些電極，它們將需要由高選擇性、高耐久性的材料制成。選擇較佳候選材料將需要時間。
劉明白這些挑戰(zhàn)，她已經(jīng)在設計層面上考慮了這些挑戰(zhàn)。她的實驗室已經(jīng)在材料選擇過程中看到了有希望的結(jié)果，將候選材料縮小到幾個可能的系列，她正在努力用新的機器學習技術(shù)來進一步完善。她希望在未來十年內(nèi)，會有一個新的、完全可持續(xù)的鋰提取系統(tǒng)。
劉說：“我完全期待在10年或20年內(nèi)，我們將看到人員和貨物運輸方式的徹底轉(zhuǎn)變。但是為了創(chuàng)造這一點，為了認真解決氣候變化問題，我們需要為該過程的每一個方面找到環(huán)境友好的方法，包括電池制造。這就是我們希望提供的東西”。
(原標題：科學家嘗試從海水中提取鋰金屬 滿足激增的鋰電池需求)
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