Los océanos contienen unas 5.000 veces más litio que la tierra, pero en concentraciones extremadamente bajas, de unas 0,2 partes por millón (ppm). Los iones más grandes, como el sodio, el magnesio y el potasio, están presentes en el agua de mar en concentraciones mucho más altas; sin embargo, los esfuerzos de investigación anteriores para extraer el litio de esta mezcla han dado pocos resultados.

El equipo de la KAUST resolvió este problema con una celda electroquímica que contiene una membrana cerámica de óxido de litio y titanio (lithium lanthanum titanium oxide, LLTO).

Su estructura cristalina contiene una serie de aberturas lo suficientemente anchas como para dejar pasar los iones de litio y bloquear los iones metálicos más grandes.

"Nunca antes se habían utilizado membranas de LLTO para extraer y concentrar iones de litio", afirma el postdoctorado Zhen Li, que ha desarrollado la célula.

La celda contiene tres compartimentos. El agua de mar fluye hacia una cámara de alimentación central, donde los iones de litio positivos pasan a través de la membrana LLTO a un compartimento lateral que contiene una solución tampón y un cátodo de cobre recubierto de platino y rutenio.

Por su parte, los iones negativos salen de la cámara de alimentación a través de una membrana de intercambio aniónico estándar y pasan a un tercer compartimento que contiene una solución de cloruro sódico y un ánodo de platino y rutenio.

Los investigadores probaron el sistema con agua del Mar Rojo. A una tensión de 3,25 V, la célula genera gas de hidrógeno en el cátodo y gas de cloro en el ánodo. Esto impulsa el transporte de litio a través de la membrana LLTO, donde se acumula en la cámara lateral.

Esta agua enriquecida con litio se convierte en la materia prima para cuatro ciclos más de procesamiento, alcanzando finalmente una concentración de más de 9.000 ppm.

Al ajustar el pH de esta solución se obtiene un fosfato de litio sólido que sólo contiene trazas de otros iones metálicos, lo suficientemente puro como para cumplir los requisitos de los fabricantes de baterías.

Los investigadores calculan que la célula necesitaría sólo 5 dólares de electricidad para extraer 1 kilogramo de litio del agua de mar. El valor del hidrógeno y el cloro producidos por la célula compensaría con creces este coste, y el agua de mar residual también podría utilizarse en plantas desalinizadoras para obtener agua dulce.

"Seguiremos optimizando la estructura de la membrana y el diseño de la célula para mejorar la eficiencia del proceso", afirma el jefe del grupo, Zhiping Lai. Su equipo también espera colaborar con la industria del vidrio para producir la membrana LLTO a gran escala y a un coste asequible.