Des chercheurs de l’Université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST) en Arabie saoudite ont découvert comment extraire le lithium, un élément essentiel des batteries de véhicules électriques, de l’eau de mer de manière plus rentable.
L’étude, qui vient d’être publiée dans la revue Energy & Environmental Science et intitulée « Processus continu de pompage électrique pour l’extraction de lithium d’eau de mer », déclare : « Notre méthode peut servir d’approche réalisable pour sécuriser l’approvisionnement en lithium pour une utilisation future de l’énergie ».
L’océan contient environ 5 000 fois plus de lithium que sur terre, mais il est à des concentrations extrêmement faibles – environ 0,2 partie par million. L’équipe de la KAUST a relevé le défi de le capter dans l’eau de la mer Rouge.
L’équipe de la KAUST y est parvenue avec une cellule électrochimique contenant une membrane céramique en oxyde de lithium lanthane et de titane (LLTO). Sa structure cristalline contient des trous juste assez larges pour laisser passer les ions lithium tout en bloquant les ions métalliques plus gros.
La cellule contient trois compartiments. L’eau de mer s’écoule dans une chambre d’alimentation centrale, où les ions lithium positifs traversent la membrane LLTO dans un compartiment latéral qui contient une solution tampon et une cathode en cuivre recouverte de platine et de ruthénium.
Pendant ce temps, les ions négatifs sortent de la chambre d’alimentation à travers une membrane échangeuse d’anions standard, passant dans un troisième compartiment contenant une solution de chlorure de sodium et une anode en platine-ruthénium.
À une tension de 3,25 V, la cellule génère de l’hydrogène gazeux à la cathode et du chlore gazeux à l’anode. Cela entraîne le transport du lithium à travers la membrane LLTO, où il s’accumule dans la chambre latérale.
Une solution pour les batteries
Cette eau enrichie en lithium devient ensuite la matière première pour quatre cycles de traitement supplémentaires, atteignant finalement une concentration de plus de 9 000 ppm.
L’ajustement du pH de cette solution fournit du phosphate de lithium solide qui contient de simples traces d’autres ions métalliques – suffisamment purs pour répondre aux exigences des fabricants de batteries.
Les chercheurs estiment que la pile n’aurait besoin que de 5 $ d’électricité pour extraire 1 kilogramme de lithium de l’eau de mer, et la valeur de l’hydrogène et du chlore produits par la pile ferait plus que compenser le coût. De plus, l’eau de mer résiduelle pourrait être utilisée dans les usines de dessalement pour fournir de l’eau douce.
Pour Zhiping Lai, chercheur au sein de la KAUST, il est essentiel de « continuer d’optimiser la structure de la membrane et la conception des cellules pour améliorer l’efficacité du processus. »