密歇根大學的一項簡單實驗揭示了一種意想不到的方法，可以從長期被認為經濟上不可行的鹵水中提取鋰。這一發現可能會解鎖被富含鎂的水源所困住的廣大鋰資源，提供一條更可持續的途徑，以滿足電池、電動車和可再生能源系統日益增長的需求。目前鋰的供應已面臨越來越大的壓力。從硬岩中開採鋰的成本高昂且對環境造成損害，而傳統的鹵水提取則依賴於消耗土地和水的廣大蒸發池。儘管鹵水中擁有全球一半以上的鋰，但大多數仍未被利用，因為高鎂含量使提取變得複雜。
根據研究的共同作者、化學工程副教授 Jovan Kamcev 的說法，在某些自然鹵水中，傳統方法的經濟性不高，因此人們並未充分利用這一資源。鋰富含的鹵水自然形成於鹽湖或乾燥湖床下的地下水庫。生產商通常將鹵水抽入淺池，並依賴陽光蒸發水分。隨著鹽度的增加，鹽結晶並且化學物質幫助隔離鋰。然而，鎂會干擾這一過程。鎂與鋰的化學相似性使得兩種元素在蒸發過程中共同形成固體。
當鎂的濃度超過鋰的六倍時，操作商必須添加額外的化學物質來去除鎂，這樣會增加成本並產生更多廢物。由於這一挑戰，大多數富含鎂的鹵水被認為是低質量的鋰提取來源。因此，鋰的生產主要集中在南美的幾個鹽灘和硬岩礦場。供應約束的壓力日益加大，S&P Global 預計到 2029 年，鋰的需求可能會超過現有的供應管道。利用像阿肯色州 Smackover 形成的未充分利用的資源，可能會緩解這一壓力，但前提是新的提取方法能降低成本並減少環境影響。
密歇根團隊在測試用於電解的膜時發現了一種新方法。研究人員並沒有施加電力，而是將純水放在一側的帶負電膜上，另一側則是鹵水。鋰離子進入純水中，而鎂則留在膜的一側。這種分離策略可以在不需要耗水的步驟下回收鋰，這些步驟在當前技術中存在可持續性問題，研究的共同第一作者、博士生 Lisby Santiago-Pagán 說。這一行為讓團隊感到驚訝。在傳統的電解過程中，鎂應當移動得更快，因為它帶有更強的正電荷。Kamcev 表示，這一發現有些像是一個實驗室的意外。
解釋在於電荷平衡。氯離子通過膜擴散，鋰則跟隨以平衡電荷。鎂則強烈地與膜的負電荷結合，並被困住。當電力進入系統時，鎂獲得足夠的能量以穿過膜並污染溶液。該方法無法將鋰與具有相同電荷的離子（如鈉）分開。研究人員建議將其與蒸發、選擇性吸附劑或鋰沉澱化學物質結合。下一步是進行工藝和技術經濟分析，以查看哪些工藝可以實際協同運作，博士生 Harsh Patel 說。團隊已申請專利保護，並尋求行業夥伴將這項技術推向市場。
