El litio, como el metal más ligero de la tabla periódica, se ha convertido en un material ideal para vehículos eléctricos, teléfonos móviles, computadoras portátiles y tecnologías militares debido a su bajo peso y alta densidad energética. Con el aumento de la demanda, surgen preocupaciones sobre el suministro y la fiabilidad del litio.

Para enfrentar la demanda explosiva y los posibles problemas de la cadena de suministro, los científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE.UU. han desarrollado una tecnología innovadora de membranas que puede extraer litio eficientemente del agua. Algunos miembros del equipo también son profesores en la Pritzker School of Molecular Engineering de la Universidad de Chicago. Seth Darling, director científico jefe del Consejo de Tecnologías de Energía Avanzada del Laboratorio Nacional Argonne, indicó que la nueva membrana proporciona una alternativa de bajo costo y abundante para la extracción de litio doméstico.

Actualmente, la mayoría de los recursos de litio globales provienen de minas de roca dura y salares en unos pocos países, lo que hace que la cadena de suministro sea vulnerable a interrupciones. Sin embargo, la mayor parte del litio en la Tierra está disuelto en agua de mar y agua salobre subterránea; extraer litio de estos recursos no convencionales es costoso, consume mucha energía y tiene baja eficiencia, y los métodos tradicionales luchan por separar el litio de otros elementos más abundantes (como sodio y magnesio).

En el agua salada, el litio y otros elementos existen en forma de cationes. La clave para extraer litio eficientemente radica en filtrar otros cationes según el tamaño de los iones y la intensidad de la carga. La nueva membrana está hecha de vermiculita, que tiene reservas naturales abundantes y es de bajo costo. Los investigadores separaron la arcilla en capas ultrafinas y las reensamblaron para formar un filtro. Sin embargo, las capas de arcilla no tratadas se descomponen fácilmente en el agua. Para esto, los investigadores insertaron columnas de óxido de aluminio entre las capas para prevenir el colapso estructural y neutralizar la carga superficial negativa de la membrana.

A continuación, los investigadores introdujeron cationes de sodio en la membrana, cambiando su carga superficial a positiva. Dado que la carga de los iones de magnesio es mayor que la de los iones de litio, la membrana repele más fuertemente a los iones de magnesio, facilitando así la captura de iones de litio. Para mejorar aún más el rendimiento, el equipo agregó más iones de sodio, reduciendo el tamaño de los poros de la membrana, lo que permite que iones más pequeños como sodio y potasio pasen, mientras captura los iones de litio.

La primera autora, Yining Liu, estudiante de doctorado en la Universidad de Chicago, dijo que, filtrando según el tamaño y la carga de los iones, la nueva membrana puede extraer litio del agua de manera más eficiente, reduciendo la dependencia de proveedores extranjeros y abriendo nuevas fuentes de reservas de litio. Los investigadores creen que este avance podría aplicarse a la recuperación de otros materiales clave como níquel, cobalto y elementos de tierras raras, así como a la eliminación de contaminantes nocivos del agua.

Esta investigación fue financiada por el Centro de Investigación de Fronteras de Energía AMEWS, financiado por la Oficina de Ciencias de Energía Básica del Departamento de Energía de EE.UU., y los resultados se publicaron por primera vez en la revista Advanced Materials. Además de Darling y Liu, los autores del Laboratorio Nacional Argonne incluyen a Yuqin Wang, Bratindranath Sengupta, Omar Kazmi, Alex B. F. Martinsen y Jeffrey W. Elam. Liu, Wang, Kazmi, Elam y Darling también están afiliados al Instituto Marino Pritzker de la Universidad de Chicago.