電気自動車やスマートフォンなどのリチウム電池が需要が急増しています。とくに、電気自動車のパワーパック式バッテリーを作るための軽金属は豊富とは言えません。
リチウムは、他の電池材料よりも重量で多くのエネルギーを蓄えるため、充電式電池として高く評価されています。リチウムの利用は次の10年間でほぼ10倍に増加することでしょう。しかし、供給は限られています。
リチウムは、金属採掘もしくは砕けた水から抽出されている一部の国（チリ・中国・アルゼンチン・オーストラリア）に集中しています。
近い将来のバッテリーの材料不足が価格を急騰させ、電気自動車やテスラPowerwalls・屋上太陽光発電の保管によく使用される定置型バッテリーなどリチウムに依存するその他のテクノロジーの成長を妨げるかもしれないという懸念を引き起こしています。
しかし、海水が助けになるかもしれません。世界の海には推定1,800億トンのリチウムが含まれています。しかし、それは希薄で約0.2 ppmで存在します。研究者たちは、海水からリチウムを選択的に抽出するために、数多くのフィルターと膜を考案しました。これらの取り組みは、大量の水を蒸発させてリチウムを濃縮することに依存しており広範な土地利用と時間が必要です。今日まで、そのような努力は経済的に証明されていません。
この問題を回避するために、スタンフォード大学の材料科学者であるYi Cuiが率いる研究者たちは、電極材料をより選択的にする方法を探しました。まず、彼らはバリアとして二酸化チタンの薄層で電極をコーティングしました。リチウムイオンはナトリウムよりも小さいので、電極サンドイッチを貫通して電極サンドイッチに入るのは簡単です。
研究者たちはまた、彼らが電圧を制御する方法を見直しました。一般的な、電極に一定の負の電圧を印加する代わりに、彼らはそれを循環させました。最初に、彼らは負の電圧を印加し、それから彼らはそれを一時的にオフにした。次に、彼らは正の電圧を印加し、それを再びオフにして、サイクルを繰り返しました。
Cui氏によると、電圧の変化により、リチウムイオンとナトリウムイオンが電極に移動して停止し、電流が逆転すると停止します。ただし、電極材料はナトリウムよりもリチウムに対する親和性がわずかに高いため、リチウムイオンが最初に電極に移動し、最後に最後に移動します。したがって、このサイクルを繰り返すと、電極にリチウムが集中します。このようなサイクルを10回行った後、わずか数分でCuiと同僚はリチウムとナトリウムの比率が 1になり、今月はジュールで報告しました。
以前はCuiの研究室で博士研究員を務めていたシカゴ大学の材料科学者であるChong Liu氏は、「これにより、少なくとも選択性が2倍になります」と述べています。
陸地でのリチウムの採掘と競争するのに十分なほど、この進歩はまだ安いとは思えない、とLiu氏は言う。しかし、彼女のグループは他のタイプのリチウムイオンバッテリー電極を使用して選択性を高めることを試みていると彼女は言います。
Cui氏はまた、この手法は廃棄されたバッテリーからリチウムを回収し、金属に寿命を延ばし、電気自動車の優位性を過充電する可能性があることも示している。
