在能源转型的关键时期，锂作为电池产业的核心材料，其供应链安全已成为各国关注的焦点。中国目前控制着全球约65%的锂加工能力，并通过出口限制等手段对这一关键矿物供应链形成"钳制"。面对这一挑战，美国拥有丰富的锂资源，特别是阿肯色州南部和德克萨斯州东部的大量地下卤水，但传统提取方法既高耗能又破坏环境。幸运的是，由MIT研究人员创立的Lithios公司正通过创新的电化学技术，为这一问题提供革命性解决方案。
技术突破：电化学锂提取的新范式
Lithios公司由Mo Alkhadra博士（MIT '22届）和Martin Z. Bazant教授（化学工程系Chevron讲席教授）于2022年创立，致力于商业化其称为"高级锂提取"（Advanced Lithium Extraction）的新工艺。该技术利用电化学反应，通过电极材料从盐卤水中选择性捕获锂离子，同时留下其他杂质。
"我们的系统本质上是一个大电池，卤水流经其中，"Alkhadra解释道。"当卤水与我们的电极接触时，它会选择性提取锂，同时几乎排斥所有其他污染物。"
这一技术的核心在于其专有的电极材料，这些材料在特定电压下能与锂离子结合。与传统方法相比，Lithios的技术具有显著优势：更高的选择性、更低的能耗、更小的环境足迹，以及能够处理低浓度锂资源的能力。
解决传统锂提取的痛点
传统的锂提取方法主要有两种：硬岩采矿和太阳能蒸发池。前者主要在澳大利亚进行，但矿石通常作为精矿运往中国进行加工，因为中国拥有相关技术；后者则通过使用数英里的地表池塘来提炼和回收卤水中的锂，这两种方法都能源密集且对环境有害。
其他直接锂提取（DLE）方法虽然试图解决这些问题，但主要使用化学物质和过滤器，在美国锂资源应用中难以盈利，因为这些资源锂浓度低且杂质含量高。
"这些方法在锂卤水质量较好时有效，但随着资源质量下降，它们变得越来越不经济，这正是行业目前正在经历的情况，"Alkhadra指出。"蒸发过程需要巨大的占地面积——我们说的是单个项目就相当于曼哈顿岛的面积。"
相比之下，Lithios的技术能够从低浓度资源中高效回收矿物，这正是Alkhadra在MIT博士研究的核心内容。他成功将这一技术适应到锂提取的新应用场景中。
技术原理与优势
Lithios的电化学锂提取系统基于一个简单而强大的原理：通过精确控制电压，使电极材料选择性地吸附锂离子，然后通过改变电流方向释放锂离子。
"当锂被加载到我们的捕获材料上时，我们只需改变电流方向，就能将锂释放回清洁的水流中，"Alkhadra解释道。"这类似于电池的充电和放电过程。"
Bazant教授强调，公司的锂吸附材料非常适合这一应用。
"使用电池电极提取锂的主要挑战之一是如何完成整个系统，"Bazant说。"我们有一种出色的锂提取材料，在水中非常稳定且性能优异。我们还学会了如何配制两种电极，控制离子传输和混合，使过程更加高效和低成本。"
这一技术的优势不仅体现在效率上，还在于其模块化设计，使其能够根据需求灵活扩展。Lithios自2023年6月以来一直在运行一个试点系统，从世界各地的卤水中提取锂，并最近向阿肯色州的一家商业合作伙伴运送了系统的早期版本，用于扩大运营规模。
商业化路径与规模化前景
随着核心技术的模块化系统基本得到验证，Lithios计划明年开始运营一个更大规模的系统，每年能够生产10至100吨碳酸锂。从那里，公司计划建造一个商业设施，每年能够生产25,000吨碳酸锂。
这一产量将代表美国总锂产量的巨大增长，目前美国每年的锂产量限制在5,000吨以下。相比之下，仅阿肯色州西南部的Smackover地层就据美国地质调查局去年估计，含有500万至1900万吨锂。
"如果你仅根据今天的价格估算该地区的锂含量，价值约为2万亿美元，但这些资源目前无法被开采，"Bazant指出。"如果你能高效地提取这些资源，将会产生巨大影响。"
Lithios的商业化路径清晰而坚定：2024年已在阿肯色州部署试点系统；2027年前建立商业示范工厂；到本年代末扩大到每年千吨级的商业设施。这一雄心勃勃的计划得到了多家合作伙伴的支持，包括石油和天然气及采矿行业的主要企业。
MIT生态系统与创新精神
Lithios的成长离不开MIT强大的创新生态系统。Alkhadra在完成博士论文期间，获得了MIT创业指导服务（Venture Mentoring Service）、MIT Sandbox创新基金和马萨诸塞清洁能源中心的指导。公司于2022年正式成立，并获得激活奖学金（Activate Fellowship），随后在MIT创业孵化器The Engine成长，于2024年迁至马萨诸塞州梅德福的试点和制造设施。
"MIT是完美的环境，主要是因为这里的人才，"Bazant说。"MIT生态系统中有很多出色的科学家和商业人士，他们技术娴熟，随时准备参与这样的项目。我们的第一批员工都是MIT人，他们真正将MIT精神带入了我们的公司。"
这种"MIT精神"体现在对技术创新的执着追求、跨学科合作的开放态度，以及将学术研究转化为实际应用的务实能力上。
更广阔的应用前景
虽然Lithios目前专注于锂，但Bazant教授指出，公司的方法未来也可应用于稀土元素和过渡金属等其他材料。
"我们正在开发一项独特的技术，可以使美国成为关键矿物分离的世界中心，而且我们不可能在其他任何地方完成这件事，"Bazant强调。
这一愿景不仅关乎锂供应链的安全，更关乎美国在全球清洁能源转型中的领导地位。通过开发高效、环保的关键矿物提取技术，Lithios正在为美国的能源独立和可持续发展做出贡献。
行业影响与能源安全意义
Lithios技术的意义远超一家初创公司的成功。在应对气候变化和推动能源转型的背景下，锂作为电池的核心材料，其供应安全直接关系到电动汽车、储能系统和可再生能源的发展。
"最近，特别是在过去一年里， securing国内锂供应、打破中国对关键矿物供应链的钳制，已成为一股强大的推动力，"Alkhadra表示。"美国拥有丰富的锂资源，但我们缺乏将这些资源转化为价值的工具。"
Lithios的技术恰恰提供了这一工具。通过高效、环保地从美国本土资源中提取锂，不仅可以减少对进口的依赖，还可以创造就业机会，促进经济发展，同时减少传统采矿和加工方法的环境影响。
技术挑战与未来发展方向
尽管Lithios的技术前景广阔，但在商业化过程中仍面临挑战。首先是技术的进一步优化和规模化，确保在大规模生产中保持高效和选择性。其次是成本控制，需要证明其经济可行性，特别是在与现有技术的竞争中。
此外，监管许可、基础设施建设和合作伙伴关系也是成功商业化的重要因素。Lithios正在积极与石油和天然气行业合作，探索将锂提取与现有卤水处理设施结合的可能性，这不仅可以降低成本，还可以提高资源利用效率。
未来，Lithios可能会扩展其技术应用范围，从锂扩展到其他关键矿物，如钴、镍、稀土元素等，进一步巩固其在资源提取领域的地位。同时，随着电池技术的不断发展，对锂的需求将持续增长，为Lithios这样的创新技术提供广阔的市场空间。
结论：开创资源提取的新时代
Lithios代表了资源提取领域的一次范式转变，将电化学创新应用于解决全球能源安全挑战。通过MIT的研究基础和创业生态系统的支持，这家初创公司正在将实验室突破转化为实际解决方案，有望重塑美国的锂供应链，为清洁能源转型提供关键支持。
在能源转型的关键时期，像Lithios这样的创新企业不仅展示了技术突破的可能性，也体现了学术界与产业界合作的力量。随着其技术的不断成熟和商业化进程的推进，我们有理由期待，电化学锂提取技术将成为未来资源提取的主流方式，为可持续发展和能源安全开辟新的道路。
图：Lithios系统使用一种未公开的电极材料，在暴露于特定电压时附着在锂上。联合创始人兼首席执行官Mo Alkhadra解释道："想象一个带有废水流入系统的大电池。当卤水与我们的电极接触时，它会选择性提取锂，同时几乎排斥所有其他污染物。"
