构建具有高Li+吸附量和优异动力学性能的厚电极可有效解决盐湖提锂效率低的问题。然而，增加活性物质含量会阻碍Li+在电极内的传质，导致极化和动力学性能降低，最终影响萃取效率。本研究通过原位水热法合成了由LFP/rGO复合材料组成的三维导电网络厚电极(~20mg/cm2)。该电极材料在盐湖卤水中表现出优异的动力学性能和较高的Li+吸附能力。在模拟盐水中恒定电压为0.8V时，10分钟内吸附量达到36.78 mg·g-1，平均库仑效率达到83.53%以上。此外，LFP/rGO复合厚电极对Li+的吸附量为32.82mg·g-1，平均库仑效率为74.6%，即使在西台吉乃尔老卤水中也是如此。此外，该电极材料表现出显著的循环稳定性，在高浓度盐水中，以0.2C的速率循环50次后，其容量保持在172.09 mAh·g-1。我们的制备策略为高性能锂提取电极提供了新的见解。
基于以上挑战， 成都理工大学锂钾资源绿色开发及高值化利用团队构建了以rGO为碳网络基地的三维导电网络，旨在提高盐湖中锂的提取效率 。本研究采用水热法原位合成了rGO负载LFP的三维导电网络(LFP/)rGO)复合材料，构造具有高锂吸附能力和优异的动力学性能。对今后的工业应用具有重要的指导意义。该成果以「Enhancing lithium extraction efficiency from salt lake brines through three-dimensional conductive network-incorporated thick electrodes」为题目，以研究论文的形式发表在Separation and Purification Technology。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.126010
图1 (a)所得样品的XRD谱图;(b) LFP的FE-SEM图像;(c) rGO的FE-SEM图像;(d) LFP/rGO的FE-SEM图像;(e) FE-SEM和EDS;(f-g) LFP/rGO的HAADF-STEM图像;(h) LFP/rGO的HAADF-STEM衍射图像。
图2 LFP/rGO和LFP电极在0.1 M和0.5 M LiCl下的电化学测试。(a) LFP/rGO和LFP的充放电曲线;(b)不同比率的LFP/rGO和LFP的放电能力;(c) 0.5 M LiCl的EIS;(d) LFP/rGO复合材料和LFP在0.2 mV/s时的CV曲线;(e)LFP/rGO不同扫描速率的CV曲线;(f)拟合线峰值电流vs V1/2。
图3 (a)两种材料Li+(4200 ppm Li+)的脱出容量。(b)LFP/rGO的嵌入能力(4200 ppm Li+);(c) LFP/rGO循环的脱出能力(4200 ppm Li+);(d)LFP/rGO厚电极平面与截面的SEM;(e) LFP/rGO电极模拟西台吉乃尔提锂试验;(f)LFP/rGO在真实西台吉乃尔老卤下的提锂循环。
图4 三维厚电极Li+的传输机理示意图。
作者简介
马路祥，研究员（校聘），硕士生导师。主要从事盐卤资源的高值化利用,包括储能材料与器件、镁锂资源的高效分离等研究。
周园，教授，博士生导师。主要从事无机储能材料开发及应用、矿产资源分离提取用关键材料的设计及应用以及无机固体废弃物回收与资源化利用。
来自微信公众号「材料科学与工程」。感谢论文作者团队供稿支持。
