Nuevo sistema para extraer litio de donde antes no era factible

Unos científicos han creado un innovador reactor electroquímico para extraer litio de ciertas masas líquidas naturales, ofreciendo una prometedora vía para afrontar la creciente demanda de litio utilizado en baterías recargables. Este avance podría resultar decisivo para el almacenamiento de energía de fuentes renovables y en particular para los automóviles eléctricos y similares.

El equipo que ha desarrollado el reactor lo integran, entre otros, Yuge Feng, Lisa Biswal, Haotian Wang y Yoon Park, todos de la Universidad Rice en Houston, Texas, Estados Unidos.

El litio es un componente esencial de las citadas baterías, pero los métodos tradicionales de extracción de litio se han enfrentado a numerosos retos, como los elevados requisitos energéticos y la dificultad para separar el litio de otros elementos.

Las masas naturales de agua salada presentes en entornos geotérmicos (con calor en el subsuelo poco profundo, a raíz de cierta actividad volcánica) se han convertido en una atractiva fuente de litio, ya que extraerlo de las fuentes tradicionales de mineral es cada vez más difícil y caro. Sin embargo, estas masas acuosas también contienen otros iones, como por ejemplo de sodio, potasio, magnesio y calcio, que tienen propiedades químicas muy similares a las del litio, lo que dificulta enormemente una separación eficaz.

La similitud existente entre los iones del litio y los de esos otros elementos en lo que se refiere a tamaño iónico y carga hace que las técnicas tradicionales de separación a menudo tengan dificultades para lograr una alta selectividad, lo que conlleva un consumo adicional de energía y la generación de una importante cantidad de residuos químicos. Además, esas masas de agua salada en zonas geotérmicas contienen altas concentraciones de iones de cloruro que pueden dar lugar a la producción del peligroso gas cloro en los procesos electroquímicos convencionales para la extracción de litio.

El equipo de la Universidad Rice ha afrontado estos desafíos con un novedoso reactor electroquímico de tres cámaras que mejora la selectividad y la eficiencia de la extracción de litio a partir de esas masas de agua salada. A diferencia de los sistemas tradicionales, este nuevo reactor introduce una cámara intermedia que contiene un electrolito sólido poroso que evita esas reacciones no deseadas controlando el flujo de iones a medida que pasa el agua salda.

Una membrana actúa como barrera para los iones de cloruro, impidiendo que lleguen a la zona del electrodo donde podrían combinarse para producir cloro gaseoso y minimizando así la generación de subproductos peligrosos.

El componente clave que permite una extracción de litio altamente selectiva reside en la membrana especializada de cerámica vítrea conductora de iones de litio (LICGC) situada al otro lado del electrolizador, que permite selectivamente el paso del litio mientras bloquea otros iones.

La elevada conductividad y selectividad iónicas de la membrana LICGC son cruciales para mantener la eficiencia, ya que reducen significativamente la interferencia de otros iones presentes en esas masas de agua salada naturales, como son el potasio, el magnesio y el calcio.

De izquierda a derecha: Yuge Feng, Lisa Biswal y Yoon Park. (Foto: Biswal lab / Rice University)

Aunque las membranas LICGC se utilizan normalmente en baterías de iones de litio de estado sólido, esta aplicación para la extracción selectiva de litio representa un uso novedoso y eficiente de la alta conductividad y selectividad iónicas del material.

En las pruebas realizadas hasta ahora, el reactor ha logrado resultados impresionantes, incluida una tasa de pureza del litio del 97,5%.

Al ofrecer un modo más limpio, más eficiente y potencialmente más rápido para extraer litio de esas masas de agua salada en zonas geotérmicas, el nuevo reactor constituye un paso importante hacia la meta de garantizar un suministro constante de litio para las tecnologías de energías renovables.

Feng y sus colegas exponen los detalles técnicos de su reactor en la revista académica Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), bajo el título “Three-chamber electrochemical reactor for selective lithium extraction from brine”. (Fuente: NCYT de Amazings)