Am 8. Juli reichte Tesla eine Patentanmeldung für Verfahren zur Gewinnung von Lithium aus einem Tonmineral und seinen Verbundelementen. Lithium steht seit den 1990er Jahren dank der Kommerzialisierung von Lithium-Ionen-Batterien an der Spitze vieler technologischer Veränderungen – es ist der Grund für die Revolution bei Elektrofahrzeugen (EVs) und persönlichen Technologiegeräten.
Lithium ist für die Energiewende für die Batterien, die Strom liefern und Energie speichern, von entscheidender Bedeutung. Es ist das Gateway, das es ermöglicht, erneuerbaren Strom stetig und zuverlässig freizugeben. Die Nachfrage nach Lithium ist in den letzten Jahren stark gestiegen, da die Autohersteller viel mehr auf Elektrofahrzeuge umgestellt haben, insbesondere seit viele Länder wie Großbritannien, Schweden, die Niederlande, Frankreich, Norwegen und Kanada einen Ausstieg aus Autos mit Verbrennungsmotor angekündigt haben.
Nach Angaben des Weltbank, wird 5x mehr Lithium benötigt, als derzeit abgebaut wird, um die globalen Klimaziele bis 2050 zu erreichen.
Die neue Tesla-Patentanmeldung umfasst die Bereitstellung eines Lithium umfassenden Tonminerals, das Mischen einer Kationenquelle mit dem Tonmineral, das Durchführen einer Hochenergiemühle des Tonminerals und das Durchführen einer flüssigen Auslaugung, um eine lithiumreiche Auslaugungslösung zu erhalten.
Der allgegenwärtige Bedarf an Lithium
Ein EV kann 5,000 . haben austauschbare Akkus Zellen und könnte 10 kg Lithium benötigen. Eine Tonne Lithium kann dazu beitragen, den Bedarf von 90 Elektroautos zu decken. Etwa 60,000 Tonnen Lithiumcarbonat-Äquivalent werden benötigt, um eine Million Elektroautos zu produzieren. Tesla-Chef Elon Musk hat festgestellt, dass bis 30 2027 Millionen Elektroautos produziert werden müssen, was 1.8 Millionen Tonnen Lithiumcarbonat-Äquivalent erfordern würde.
Betrachten Sie den Akku eines Tesla Model S. Tausende von zylindrischen Zellen – ein bisschen wie verschachtelte Puppen – mit Komponenten aus der ganzen Welt Lithium und Elektronen umwandeln in genug Energie umzuwandeln, um das Auto Hunderte von Kilometern immer wieder ohne Auspuffemissionen voranzutreiben.
Typischerweise enthält ein Hauptpack mehrere Module, von denen jedes aus zahlreichen kleineren Zellen aufgebaut ist. Innerhalb jeder Zelle bewegen sich Lithiumatome durch einen Elektrolyten zwischen einer Graphitanode und einem Kathodenblech, das aus einem Metalloxid besteht.
Die Gewinnung von Lithium auf konventionellem Weg hat seine eigenen Umweltmaut, aufgrund von Kohlenstoffemissionen und Wasser- und Landdegradation. Die Nachfrage nach Lithium mit einem geringeren ökologischen Fußabdruck scheint an Boden zu gewinnen.
Einzelheiten zur Tesla-Patentanmeldung
Das Patent mit dem Titel „Selektive Extraktion von Lithium aus Tonmineralien“ argumentiert, dass die Gewinnung von Lithium aus Erzen mit Natriumchlorid eine umweltfreundlichere Methode zur Gewinnung des Metalls im Vergleich zu derzeit verwendeten Techniken wie der Säurelaugung ist. Laut Tesla ermöglicht es auch höhere Erholungen.
Tonminerale bestehen aus mikroskopischen Gerüstschichten aus Li, Na, K, Al, Si, Mg, Ca, Fe, O und/oder OH und Zwischenschichten, durch die Kationen wie Li, Na, K und Mg in Wasser oder anderen Elektrolyten durchgeführt werden. Die Position des Lithiumatoms in dieser Mineralstruktur macht den Unterschied wie es extrahiert werden kann – wenn das Lithium in der Gerüstschicht gefunden wird oder in der Zwischenschicht schwimmt.
Lithium ist in geringen Mengen in Tonmineralien weit verbreitet. Es kann in Tonen als Verunreinigungen, als Einschlüsse, in Gitterhohlräumen, absorbiert an der Oberfläche oder durch isomorphe Substitution vorhanden sein - letzteres ist das häufigste.
Die Einführung in die Tesla-Patentanmeldung bietet eine Einführung in Lithium und erklärt, dass es ein strategisches Metall für die Lithium-Ionen-Batterie (LIB) und die Elektrofahrzeugindustrie (EV) ist. Die Bedeutung der wirtschaftlichen Gewinnung von Lithium aus verschiedenen Lithiumquellen wurde als notwendig erkannt, um die Kosten von Batterien und Elektroautos zu senken.
In dem Dokument heißt es, dass, obwohl die dominanten Lithiumquellen, die üblicherweise für den Bergbau verwendet werden, Lithiumsolen sind – aufgrund der geringen Kosten, die mit der Li-Extraktion aus diesen Quellen verbunden sind – die ständig steigende Nachfrage nach LIBs es erforderlich macht, andere Lithiumquellen zu erkunden. Die neue Tesla-Patentanmeldung befasst sich mit einer anderen Methode zur Li-Extraktion: der Extraktion des Li aus Tonmineralien.
So würde der vorgeschlagene Tesla-Prozess zur Gewinnung von Lithium aus einem Tonmineral umfassen:
- Bereitstellen eines Tonminerals, das Lithium umfasst;
- Durchführen einer Hochenergiemühle des Tonminerals;
- Mischen einer Kationenquelle mit dem Tonmineral gleichzeitig mit, vor oder nach dem Durchführen der Hochenergiemühle, um eine Mischung zu bilden, wobei die Kationenquelle ein Kation und ein Anion umfasst; und,
- Inkontaktbringen des gemahlenen Tonmaterials und der Kationenquellenmischung mit einem Lösungsmittel, um Lithium aus dem gemahlenen Tonmaterial zu extrahieren und eine lithiumreiche Laugenlösung zu bilden.
Bei diesem Verfahren wird das Lithium durch Säurelaugung gewonnen, bei der Tonmineralien mit einer wässrigen Lösung üblicher Mineralsäuren, wie H2SO4 oder HCl, vermischt und dann unter Atmosphärendruck erhitzt werden, um das auszulaugen Lithium, das in den Tonmineralien enthalten ist. Tesla behauptet, dass diese Säurelaugungsmethode nicht nur Lithium, sondern auch hohe Konzentrationen an Verunreinigungen, einschließlich Na, K, Fe, Al, Ca und Mg, auslaugt.
Lithium wird im Allgemeinen aus Mineralien gewonnen, die in magmatischen Gesteinen, die aus großen Gesteinen (Spodumen) bestehen, oder in Wasser mit hoher Lithiumcarbonatkonzentration gefunden werden. In der Tesla-Patentanmeldung wurde beschrieben, dass das Tonmaterial ein oder mehrere zusätzliche Mineralien umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Spodumen, Lepidolith, Zinnwaldit, Smektit, Hectorit, Muskovit und Kombinationen besteht. Das Tonmineral umfasst ein oder mehrere zusätzliche Elemente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Natrium, Kalium, Eisen, Aluminium, Calcium, Magnesium, Silizium, Chrom und Kombinationen.
Die Tesla-Patentanmeldung stellt fest, dass ein hoher Lithiumverlust durch die anschließende Entfernung der Störstellenelemente, insbesondere der Al-Entfernung, die Gesamteffizienz der Lithiumextraktion erheblich verringern kann.
Abschließende Überlegungen
Es gibt viele verschiedene Ansätze, um die verfügbare Lithiummenge für die Technologieindustrie zu erhöhen.
Vulkanische Energieressourcen hat angekündigt dass sein Hauptstandort mit Lithiumkonzentrationen von 181 Milligramm pro Liter über erhebliche Reserven verfügt. Es führt derzeit eine vollständige Machbarkeitsstudie durch, mit dem Ziel, in den Jahren 2023-24 bis zur vollständigen kommerziellen Produktion von Lithium hochzufahren. „Wir haben eine Ressource, die groß genug ist, um einen sehr großen Teil der Nachfrage auf den europäischen Märkten hier für viele, viele Jahre zu decken“, sagte Vulcans CEO Francis Wedin sagte im Oktober letzten Jahres eine Branchenkonferenz.
Standard Lithiums Ansatz wurde fokussiert einen modernen technologiebasierten Ansatz zu nutzen, um Lithium nicht nur schneller zu gewinnen, sondern auch ein Produkt mit höherer Reinheit zu produzieren und den damit verbundenen ökologischen Fußabdruck zu reduzieren. Unter Verwendung des Steve Jobs-Ansatzes, rückwärts in Richtung Technologieentwicklung zu arbeiten, treibt das Projekt den Prozess voran. Dieses Prinzip war für das Team von grundlegender Bedeutung bei der Entwicklung seines proprietären LiSTR-DLE-Prozesses (LiSTR ist ein Akronym für „Lithium-Rührtank-Reaktor“).
Die Tesla-Patentanmeldung kommt zu einer Zeit des Zögerns, dass batteriefähiges Lithium bis 2025 aufgebraucht sein könnte. Und da Elektroautos die Straßen erobern, sind Lithium-Ressourcen entscheidend für den Übergang zu einer emissionsfreien Welt.
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