Collecter le lithium de l’eau de mer pour répondre à la demande de batteries

Chong Liu’s Lab
Le laboratoire de Chong Liu

Ass. Le laboratoire du professeur Chong Liu développe un nouveau type d’électrode capable d’extraire des éléments précieux de l’eau de mer à l’aide d’un processus appelé intercalation électrochimique. Cette méthode pourrait présenter l’une des méthodes les plus durables pour extraire le lithium n’importe où. Crédit : John Zich

Ass. Le professeur Chong Liu cherche à concevoir des électrodes pour collecter le lithium des batteries à partir d’eau de mer.

On estime que d’ici la fin de la décennie, les ventes de véhicules électriques pousseront la demande de lithium à cinq fois son niveau actuel. Cette augmentation soudaine pousse les entreprises à pour de nouvelles sources du métal précieux, mais un scientifique de la Pritzker School of Molecular Engineering au Université de Chicago croit que nous avons tout le lithium dont nous avons besoin, et il attend juste au large.

Actuellement, environ 75 % du lithium mondial vient d’une étendue montagneuse de terre à cheval sur l’Argentine, la Bolivie et le Chili, une région appelée le Triangle du Lithium. Là, le métal est extrait en pompant de la saumure dans des bassins géants à ciel ouvert où il s’évapore en l’espace d’un an. Cependant, ce long processus présente un goulot d’étranglement majeur dans un monde avide de lithium, et bien que d’autres sources existent, la plupart ont un coût environnemental.

Chong Liu

Ass. Pr Chong Liu

Pour éviter le manque à gagner qui se profile, de nombreux pays, dont le États Unis, recherchent des méthodes d’extraction durables pour l’élément en demande. C’est là qu’intervient Chong Liu, professeur assistant de la famille Neubauer à la Pritzker School of Molecular Engineering.

Liu est une scientifique des matériaux : elle étudie les propriétés de la matière afin de créer des matériaux hautement spécialisés. Actuellement, son laboratoire développe un nouveau type d’électrode capable d’extraire des éléments précieux de l’eau de mer à l’aide d’un processus appelé intercalation électrochimique. Et bien que le travail de Liu en soit encore à ses débuts, il pourrait présenter l’une des méthodes les plus durables pour extraire le lithium n’importe où.

“Notre grande motivation est de créer un processus aussi respectueux de l’environnement que possible”, a déclaré Liu. « Comme nous adoptons une approche électrochimique, nous évitons complètement le besoin de chaleur intense ou d’acides forts, et nous n’obtenons que l’élément que nous voulons, c’est la sélectivité ionique unique. »

Cette approche est une approche que le département américain de l’Énergie prend au sérieux. Le 2 septembre, Liu a été nommé l’un des 13 chercheurs à recevoir une partie de un fonds de 30 millions de dollars visant à sécuriser l’approvisionnement en matériaux critiques de la nation pour les technologies d’énergie propre.

« Développer l’infrastructure des véhicules électriques, renforcer le réseau électrique de notre pays et alimenter notre économie avec des millions d’emplois liés à l’énergie propre dépendent tous de la sécurisation des chaînes d’approvisionnement de matériaux critiques comme le cobalt et le platine », a déclaré la secrétaire américaine à l’Énergie Jennifer M. Granholm. “La clé de notre avenir sans carbone réside dans la montée en puissance des industries américaines propres, la construction de solides systèmes de chaîne d’approvisionnement de matériaux critiques fabriqués aux États-Unis et le déploiement agressive des technologies climatiques qui en résultent ici et à l’étranger.”

L’approche électrochimique

Pour comprendre la méthode de Liu, il est utile d’imaginer un électro-aimant. Semblable à la façon dont un électro-aimant peut attirer et collecter le métal ferreux, le processus de Liu peut attirer et collecter le lithium. Il n’y a pas de magnétisme dans l’intercalation électrochimique – au lieu de cela, les ions sont attirés par un champ électrique – mais le principe est similaire. Les travailleurs pourraient immerger un réseau d’électrodes dans une piscine d’eau de mer, attirer le lithium, puis libérer le lithium collecté dans un réservoir de stockage.

« Notre grande motivation est de créer un processus aussi respectueux de l’environnement que possible.

Pr Chong Liu

Au niveau moléculaire, Liu y parvient en concevant des matériaux d’électrode très spécifiques qui attirent les ions vers les électrodes tout en ne capturant que certains éléments, en les piégeant.

Il y a cependant des défis à cette approche. Étant donné que la concentration de lithium dans l’eau de mer est assez faible, environ 0,2 partie par million, toute technique d’extraction devra être extrêmement efficace afin d’extraire le lithium à un taux raisonnable. De plus, afin d’utiliser ces électrodes à l’échelle industrielle, elles devront être fabriquées dans un matériau hautement sélectif et hautement durable. Choisir le meilleur candidat pour cela prendra du temps.

Liu comprend ces défis et elle les a pris en compte au niveau de la conception. Son laboratoire a déjà vu des résultats prometteurs dans le processus de sélection des matériaux, réduisant les candidats à quelques familles probables, qu’elle s’efforce d’affiner davantage avec de nouvelles techniques d’apprentissage automatique. Elle espère qu’au cours de la prochaine décennie, il y aura un nouveau système entièrement durable pour extraire le lithium.

« Je m’attends à ce que d’ici 10 à 20 ans, nous assistions à une transformation complète de la façon dont les personnes et les biens sont déplacés », a déclaré Liu. «Mais pour créer cela, pour lutter sérieusement contre le changement climatique, nous devons trouver des méthodes respectueuses de l’environnement pour chaque aspect de ce processus, y compris la fabrication de batteries. C’est ce que nous espérons offrir.

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