Efficient Lithium Extraction from Brine Using a Three-Dimensional Nanostructured Hybrid Inorganic-Gel Framework Electrode

卤水 电极 电化学 材料科学 聚吡咯 化学工程 海水 萃取(化学) 化学 色谱法 有机化学 海洋学 地质学 工程类 物理化学
作者
Xiaoyu Zhao,Yaoxin Jiao,Peijie Xue,Minghui Feng,Yanfei Wang,Zuoliang Sha
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:8 (12): 4827-4837 被引量:129
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.9b07644
摘要

Electrochemical extraction of lithium from solution is an urgently needed process because of the abundant reserves of lithium in seawater/brine and many disadvantages of the present technologies including high energy consumption, low separation efficiency, and being harmful to the environment. Competitive electrode materials used in electrochemical extraction require high cyclic stability in corrosive ion-rich seawater/brine. In this work, a three-dimensional (3D) nanostructured hybrid inorganic-gel framework electrode of polypyrrole/Al 2 O 3 was introduced on the surface of LiMn 2 O 4 for the first time. It was paired with activated carbon to construct an asymmetric lithium capacitor with advantages of cost effectiveness, good cycle stability in brine, high selectivity, and capacity. Furthermore, a flow control system was induced to make lithium extraction a continuous operation, which will be favored by the industry. The Li + extraction energy consumption was 1.41 W h·mol –1 Li + with a capacity of 1.85 mmol·g –1 in simulated brine. The capacity retention after 30 cycles was 91.66% at the 1 C rate. These promising results indicate that the PPy/Al 2 O 3 -modified LMO possesses high extraction efficiency and long-term stability in complex brine medium.
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