В основе метода лежит электрохимическая интеркаляция — процесс, используемый в литий-ионных батареях и суперконденсаторах. При подаче электрического тока ионы лития внедряются между слоями материала, в данном случае оксида кобальта. Такой подход позволяет создавать своеобразные фильтры, через которые литий проходит под действием электрического поля.

Главная проблема подобных технологий заключается в том, что вместе с литием через материал проходят и другие ионы, прежде всего натрий, который похож по размеру и заряду, но встречается в природных растворах гораздо чаще. Большинство существующих методов либо не различают эти ионы, либо требуют дорогостоящих многоступенчатых процессов очистки. Традиционные подходы, такие как кислотное выщелачивание руды или испарительные бассейны для рассолов, дают смесь солей, которую затем нужно долго и затратно разделять. Именно поэтому разделение лития и натрия считалось одной из ключевых задач для развития новых методов добычи.

Авторы исследования выяснили, что на процесс извлечения лития влияют сразу две конкурирующие реакции: сама электрохимическая интеркаляция и естественный ионный обмен, при котором натрий и литий стремятся достичь равновесия внутри материала. Чтобы добиться высокой селективности, ученые подобрали оптимальный размер частиц и скорость подачи электрического тока.

Медленная подача тока позволяла процессу интеркаляции идти с той же скоростью, что и естественный ионный обмен. В результате ионы лития постепенно занимали устойчивые позиции в структуре материала, а конкурирующие ионы натрия вытеснялись обратно в раствор. При более высокой скорости подачи тока равновесие нарушалось, литий и натрий одновременно проникали в материал, что резко снижало эффективность их разделения.

Разработка может стать альтернативой традиционным методам добычи лития — кислотному выщелачиванию и испарительным бассейнам. Оба способа требуют много времени и ресурсов и серьёзно загрязняют окружающую среду.