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Layered Double Oxide as a Cl− Selective Anode for High-Performance Electrochemical Lithium Extraction

阳极 电化学 化学 选择性 插层(化学) 吸附 锂(药物) 离子交换 无机化学 氧化物 电极 离子 催化作用 有机化学 物理化学 医学 内分泌学
作者
Yixuan Qiao,Yuqi Li,Chang‐lin Wang,Qianfeng Pan,Bo Chen,Yang Wang
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:12 (31): 11692-11704 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.4c03437
摘要

The widespread application of lithium-ion batteries and the rapid development of electric vehicles have increased the demand for lithium resources. Electrochemical lithium extraction has been proven to be an effective method for Li+ recovery from brine due to its environmental friendliness and excellent selectivity. In a conventional configuration, LiMn2O4 (LMO)||activated carbon (AC)/anion exchange membrane (AEM), AEM is essential to avoid the adsorption of Li+ onto the AC anode during Cl− desorbing. Here, we propose that a layered double oxide (LDO) serves as an anode material with high Cl− selectivity. CoAl-LDO was synthesized by a one-pot hydrothermal method, followed by heat treatment, and used as an anode with LMO as a cathode (LMO||CoAl-LDO). The Li+ intercalation capacity of LMO||CoAl-LDO reached 1.35 mmol g−1 at 1.2 V with a maximum rate of 0.57 mmol g−1 min−1 and a capacity retention of 70.83% after 20 cycles, higher than those of LMO||AC/AEM (1.12 mmol g−1, 0.37 mmol g−1 min−1, 35.48%, respectively). Moreover, the selectivity of Li+ in a Li+/Mg2+ binary solution (1:5) was investigated, showing that the separation factor of Li+/Mg2+ in LMO||CoAl-LDO (2.67) was close to that in LMO||AC/AEM (2.98). In situ Raman characterization was conducted, showing that the high Cl− selectivity and good Cl− capacity were induced by the anion intercalation mechanism of CoAl-LDO. In addition, CoAl-LDO coated with AEM further enhanced the Cl− selectivity and capacity, which assisted the Li+ extraction performance of LMO||CoAl-LDO with 1.80 mmol g−1 Li+ intercalation capacity. We believe that CoAl-LDO is a promising anode material for electrochemical lithium extraction.
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