構建具有高Li+吸附量和優異動力學效能的厚電極可有效解決鹽湖提鋰效率低的問題。然而，增加活性物質含量會阻礙Li+在電極內的傳質，導致極化和動力學效能降低，最終影響萃取效率。本研究透過原位水熱法合成了由LFP/rGO復合材料組成的三維導電網路厚電極(~20mg/cm2)。該電極材料在鹽湖富鹽水中表現出優異的動力學效能和較高的Li+吸附能力。在模擬鹽水中恒定電壓為0.8V時，10分鐘內吸附量達到36.78 mg·g-1，平均庫侖效率達到83.53%以上。此外，LFP/rGO復合厚電極對Li+的吸附量為32.82mg·g-1，平均庫侖效率為74.6%，即使在西台吉乃爾老富鹽水中也是如此。此外，該電極材料表現出顯著的迴圈穩定性，在高濃度鹽水中，以0.2C的速率迴圈50次後，其容量保持在172.09 mAh·g-1。我們的制備策略為高效能鋰提取電極提供了新的見解。
基於以上挑戰， 成都理工大學鋰鉀資源綠色開發及高值化利用團隊構建了以rGO為碳網路基地的三維導電網路，旨在提高鹽湖中鋰的提取效率 。本研究采用水熱法原位合成了rGO負載LFP的三維導電網路(LFP/)rGO)復合材料，構造具有高鋰吸附能力和優異的動力學效能。對今後的工業套用具有重要的指導意義。該成果以「Enhancing lithium extraction efficiency from salt lake brines through three-dimensional conductive network-incorporated thick electrodes」為題目，以研究論文的形式發表在Separation and Purification Technology。
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https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.126010
圖1 (a)所得樣品的XRD譜圖;(b) LFP的FE-SEM影像;(c) rGO的FE-SEM影像;(d) LFP/rGO的FE-SEM影像;(e) FE-SEM和EDS;(f-g) LFP/rGO的HAADF-STEM影像;(h) LFP/rGO的HAADF-STEM繞射影像。
圖2 LFP/rGO和LFP電極在0.1 M和0.5 M LiCl下的電化學測試。(a) LFP/rGO和LFP的充放電曲線;(b)不同比率的LFP/rGO和LFP的放電能力;(c) 0.5 M LiCl的EIS;(d) LFP/rGO復合材料和LFP在0.2 mV/s時的CV曲線;(e)LFP/rGO不同掃描速率的CV曲線;(f)擬合線峰值電流vs V1/2。
圖3 (a)兩種材料Li+(4200 ppm Li+)的脫出容量。(b)LFP/rGO的嵌入能力(4200 ppm Li+);(c) LFP/rGO迴圈的脫出能力(4200 ppm Li+);(d)LFP/rGO厚電極平面與截面的SEM;(e) LFP/rGO電極模擬西台吉乃爾提鋰試驗;(f)LFP/rGO在真實西台吉乃爾老鹵下的提鋰迴圈。
圖4 三維厚電極Li+的傳輸機理示意圖。
作者簡介
馬路祥，研究員（校聘），碩士生導師。主要從事鹽鹵資源的高值化利用,包括儲能材料與器件、鎂鋰資源的高效分離等研究。
周園，教授，博士生導師。主要從事無機儲能材料開發及套用、礦產資源分離提取用關鍵材料的設計及套用以及無機固體廢棄物回收與資源化利用。
來自微信公眾號「材料科學與工程」。感謝論文作者團隊供稿支持。
