fr.wedoany.com Rapport : Des chercheurs de la Pritzker School of Molecular Engineering de l'Université de Chicago (États-Unis) ont développé une nouvelle méthode permettant d'extraire sélectivement du lithium à 99 % de pureté à partir d'une solution dont le rapport sodium/lithium est de 1 000 pour 1. Cette méthode repose sur le procédé d'électro-intercalation, couramment utilisé dans les batteries et les supercondensateurs, qui consiste à appliquer un courant électrique pour insérer des ions dans la structure en couches d'un autre matériau.
Lorsqu'elle est utilisée pour extraire des matériaux de l'eau, cette technologie forme un filtre à alimentation forcée qui utilise un courant électrique pour attirer les ions lithium chargés positivement à travers des canaux microscopiques. Cependant, ces canaux, tout en laissant passer les ions lithium, peuvent également accueillir d'autres ions, dont le sodium. L'équipe de recherche a découvert que le comportement des ions lithium traversant les canaux ioniques du matériau en couches (dans cette étude, de l'oxyde de cobalt) est contrôlé par un jeu de forces de poussée et de traction entre deux mécanismes. Cette découverte représente non seulement une avancée en science fondamentale, mais ouvre également la voie au développement de nouvelles techniques d'extraction pratiques.
Le Dr Grant Hill, premier auteur de l'article et ancien étudiant diplômé de la PME de l'Université de Chicago (promotion 2024), a déclaré que l'objectif de l'équipe était de développer des matériaux capables de séparer sélectivement le lithium des autres sels, le principal concurrent, le sodium, ayant des propriétés chimiques très similaires en termes de charge et de taille. Le lithium est un matériau clé pour l'industrie des batteries, mais les méthodes d'extraction actuelles dominantes, telles que la fusion du spodumène calciné avec de grandes quantités d'acide ou la construction d'immenses marais salants pour pomper et évaporer les saumures souterraines, ne sont pas suffisamment respectueuses de l'environnement.
Chong Liu, professeure associée à la PME de l'Université de Chicago et auteure correspondante de l'étude, a souligné qu'il existe toujours deux réactions parallèles lors du processus d'extraction : l'une est pilotée par la charge électrique et se produit lorsque le courant est appliqué au matériau ; l'autre est la tendance naturelle du matériau à atteindre l'équilibre. Hill a comparé les canaux ioniques à une autoroute entourée de parkings. Lorsque les ions sodium s'insèrent, ils compriment les sites adjacents du lithium, remplissant ainsi les « parkings » des zones lithiophiles. Pour surmonter ce défi, les chercheurs ont dû optimiser la taille des particules de lithium et trouver un équilibre entre deux réactions concurrentes. Dans ces deux réactions, la première est le processus d'insertion piloté par le courant (c'est-à-dire le trafic sur l'autoroute), et la seconde est le processus d'échange d'ions, où les ions sodium et lithium cherchent à atteindre l'équilibre (c'est-à-dire la vitesse à laquelle les ions entrent dans les parkings).
L'étude montre que le processus d'équilibre se produit à sa propre vitesse, mais que les chercheurs peuvent contrôler la vitesse à laquelle les ions sont pompés. Cela signifie que la « vitesse » de la première réaction peut être réglée sur trois options : plus rapide, plus lente ou identique à celle de la seconde réaction. Chong Liu a indiqué que ces trois états se comportent de manière très différente, et que ce n'est que lorsque l'on donne suffisamment de temps à l'échange d'ions pour rattraper l'insertion que l'on obtient une réponse hautement réversible du matériau. La recherche révèle que l'insertion lente des ions et la recherche de la taille de particule idéale sont essentielles pour atteindre cette réversibilité.
