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2020年08月07日 | 德国研发从热水中提取锂的工艺 用于制造电动汽车电池材料

2020-08-07 来源:盖世汽车

无论是用于电网储能、电动移动出行工具或可穿戴电子设备,锂离子电池都已经成为了人们生活中不可或缺的一部分。每年,德国以外的地区都会开采数百万吨锂,以生产锂离子电池。不过,据外媒报道,德国卡尔斯鲁厄理工学院(Karlsruhe Institute of Technology,KIT)的科学家们研发了一种经济高效的方法,以在本国开采锂矿。他们计划利用一种微创性工艺,从莱茵河上游地热发电厂的深水中提取锂。


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(图片来源:卡尔斯鲁厄理工学院)


在莱茵河上游河沟下的岩层深处埋藏着一种矿物:大量的锂元素溶解在含盐的热水中,等待着被开采。KIT应用地球科学研究所(AGW)的地球科学家Jens Grimmer博士表示:“据我们所知,每升水中锂元素的含量可能高达200毫克。如果我们能够利用此种元素,就可以满足德国相当一部分的需求。”目前,德国的此种稀缺资源纯靠进口,而且主要用于生产电动汽车电池,因此这对于德国联邦政府的气候保护计划也非常重要。进口资源主要来自智利、阿根廷和澳大利亚等国家,上述国家的锂产量占全球总产量的80%以上。


到目前为止,由于缺乏适当的工艺,无法以高成本效益、环保且可持续的方式开采这一资源,德国国内的锂开采工作一直受到阻碍。于是,Grimmer与德国天然气和水资源技术和科学协会(DVGW)研究所的Florencia Saravia博士在KIT Engler-Bunte研究所合作研发了一种新工艺,并在申请专利。Grimmer表示:“第一步要将锂离子从热水中过滤出来;第二步将锂离子进一步浓缩,直到锂可以像盐一样沉积下来。”


与从南美州的盐湖和澳大利亚固体岩石中提取锂的传统方法相比,Grimmer-Saravia的工艺具有几个关键优势:1、使用现有地热发电厂的基础设施,因为每年都有多达20亿升热水流到该发电厂。2、与传统的采矿作业相比,根本就不会有过多的负担,而且土地消耗量也极小。3、由于热水在使用之后会返回到地下,不会释放任何有害物质,地热发电和产热也不会受到影响。4、在地热发电厂的热水循环中,数小时内就可以不断地将锂提取出来,而在南美洲盐湖提取锂需要几个月,而且会严重受到天气的影响。如果有强降雨,锂生产则会推迟数周甚至数月。5、此外,该工艺还可从热水中提取铷或铯等其他稀有且有价值的元素,激光和真空技术就需要用到此类元素。


由于该工艺可以采用地热发电厂的技术和能量基础设施,因而与传统工艺相比,还可达到二氧化碳平衡。Florencia Saravia表示:“为了维持和改善我们的生活水平,我们向第三国家输出了许多环境问题。利用该工艺,我们能够承担起自己的责任,以一种环保的方式在自己家门口提取现代技术所需要的重要原材料。我们还可以建立地区价值链,创建就业机会,同时减少地缘政治依赖。”


两位科学家目前正与行业伙伴合作,以研发一种可以提取锂的测试设备。首个原型设备将建在莱茵河上游的地热发电厂,第一步是提取几公斤的碳酸锂或氢氧化锂。如果实验成功,就计划建设一个大型工厂,如此一来,每个地热发电厂每年就可以生产几百吨氢氧化锂。目前的数据显示,在莱茵河上游德法两国两边的河沟中,每年可提取的锂可达几千吨。


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对于带有1HZ低通滤波器的电桥放大器电路,网友可能的问题及回答如下:

问题一:1HZ低通滤波器在电桥放大器电路中的作用是什么?

回答:1HZ低通滤波器在电桥放大器电路中的主要作用是滤除高于1Hz频率的信号,只允许低于或等于1Hz的信号通过。这对于需要从复杂信号中提取低频分量或去除高频噪声的场合尤为重要。在电桥放大器中,由于传感器输出信号可能包含多种频率成分,通过1HZ低通滤波器可以有效减少高频噪声的干扰,提高测量信号的信噪比和精度。

问题二:如何设计带有1HZ低通滤波器的电桥放大器电路?

回答:设计带有1HZ低通滤波器的电桥放大器电路时,需要综合考虑电桥电路的设计、放大器的选择以及滤波器的设计。以下是大致的设计步骤:

  1. 电桥电路设计:首先,根据被测物理量的特性选择合适的电阻传感器,并设计相应的电桥电路。电桥电路应能准确地将非电量转换为电压或电流信号,并具有一定的抗干扰能力。

  2. 放大器选择:选择合适的运算放大器(运放)作为放大元件。运放应具有低噪声、高精度和适当的增益带宽积,以满足信号放大的需求。

  3. 滤波器设计:设计1HZ低通滤波器时,可以选择一阶或更高阶的有源滤波器。一阶有源低通滤波器由电阻、电容和运放组成,具有简单的电路结构和较好的滤波效果。设计时,需要根据所需的截止频率(本例为1HZ)选择合适的电阻和电容值。

  4. 电路整合与调试:将电桥电路、放大器和滤波器整合在一起,形成完整的电桥放大器电路。然后,对电路进行调试,确保电路工作正常,并满足预期的滤波和放大效果。

问题三:带有1HZ低通滤波器的电桥放大器电路在实际应用中有哪些注意事项?

回答:在实际应用中,带有1HZ低通滤波器的电桥放大器电路需要注意以下几点:

  1. 元件选择:应选择精度高、稳定性好的元件,如精密电阻、低噪声运放等,以确保电路的测量精度和稳定性。

  2. 布局与布线:合理的电路布局和布线可以减少电磁干扰和噪声耦合,提高电路的抗干扰能力。

  3. 温度补偿:由于温度变化可能影响电阻的阻值,进而影响电桥的输出电压,因此需要考虑温度补偿措施,以提高电路的温度稳定性。

  4. 校准与标定:定期对电路进行校准和标定,以确保测量结果的准确性和可靠性。

  5. 安全保护:在电路设计中应加入必要的保护措施,如过流保护、过压保护等,以防止电路在异常情况下损坏。

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对于固态非易失性精密电位器构成的温度测量电路,网友可能关心的问题以及相应的回答如下:

  1. 固态非易失性精密电位器的工作原理是什么?
    • 回答:固态非易失性精密电位器(如X9C102/103/104/503)包含有99个电阻单元的电阻阵列。滑动单元的位置由CS、U/D和INC三个输入端控制,并且这个位置可以被存储在一个非易失性存储器中,因此在下一次上电时可以被重新调用。
  2. 这种电位器在温度测量电路中的具体应用是怎样的?
    • 回答:非易失性数控电位器如X9312可以构成温度测量电路,作为记数式模数转换电路。通过电位器的电阻值变化来反映温度的变化,实现温度的测量。
  3. 电位器的精度和分辨率如何?
    • 回答:非易失性数控电位器的分辨率等于最大的电阻值被99除。例如,X9C503(50kΩ)的每个抽头间的阻值为505Ω。精密电位器的精度可达0.1%。
  4. 非易失性存储器中的数据可以保存多久?
    • 回答:所有的Xicor非易失性存储器都设计成并经过测试能够用于持久地保存数据的应用场合。滑动端位置数据可保存100年。
  5. 这种电路对温度变化的响应速度如何?
    • 回答:由于参考文章中没有直接提及电位器对温度变化的响应速度,因此无法给出确切的数值。但一般来说,电位器的阻值变化与温度有一定的线性关系,可以较快地反映温度的变化。
  6. 在实际应用中需要注意哪些问题?
    • 回答:在实际应用中,需要注意电位器的额定功率、标称阻值、允许误差等级等参数。此外,电位器在低温环境下使用时需说明,以便采用特制的耐低温油脂。同时,电位器的轴或滑柄长度应尽量短,以提高稳定性和减少晃动。
  7. 电路的稳定性如何?
    • 回答:由于非易失性数控电位器具有非易失性存储功能,因此电路在上电时可以重新调用之前保存的电位器位置数据,从而保证了电路的稳定性。此外,电位器本身也具有较好的稳定性和可靠性。

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