【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于同位素分离，具体涉及一种用于锂同位素分离的固态锂超离子导体薄片及其制备方法与应用。
技术介绍
1、能源是现代社会发展的基石，关系着人类生活和经济。传统化石燃料如煤炭和石油带来了环境问题，促使人们反思能源开发方式。清洁能源成为关注焦点，其中核能受到政府重视，核聚变被认为是理想选择。与核裂变相比，核聚变的原料更丰富、能量产出更高且产生的放射性废物更少。核聚变需要氘和氚，氘在海水中丰富，而氚较稀缺，可通过6li和慢中子轰击产生。因此，6li作为氚的增值剂，是核聚变的关键材料，天然锂中6li和7li分别占7.59％和92.41％。
2、随着裂变堆技术和聚变堆技术的不断进步和成熟，全球对高丰度锂(li)和氚(t)的需求不断增加，现有的锂同位素产能难以满足未来核工业的需求，供需差距巨大。目前唯一能工业化分离6li的锂汞齐法虽然可以获得较好的分离系数(1.03–1.06)并且控制在较低的成本，但是同时也产生了环境污染。因此，研发新的替代锂同位素分离方法迫在眉睫。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种用于锂同位素电化学分离的固态锂超离子导体及其制备方法与分离应用，以克服现有技术的不足。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
3、将氧化物电解质粉末与粘结剂离心震荡充分混合，经过压实、切割成固定面积的氧化物电解质@粘结剂薄片，再经过高温烧结，制得用于锂同位素分离的锂超离子导体薄片。
4、优选地，所述氧化物
5、优选地，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯(pvdf)、聚丙烯酸(paa)、聚乙烯醇(pva)、聚乙烯亚胺(pei)和聚四氟乙烯(ptfe)中的一种或多种；其中，聚四氟乙烯具有如式下所示的结构：
6、
7、优选地，所述氧化物电解质粉末与粘结剂的质量比为(4～500)：1。
8、优选地，所述氧化物电解质@粘结剂薄片的压实压力为10～500mpa，压实厚度为0.5～5mm。
9、优选地，所述氧化物电解质@粘结剂薄片采用常规烧结法时在烧结过程中烧结温度为800～1400℃，保温时间为1～15小时，得到锂超离子导体薄片；所述氧化物电解质@粘结剂薄片采用真空热压法时在烧结过程中烧结温度为800～1400℃，烧结时间为120～300秒。
10、本专利技术还提供了一种根据上述任一项所述的制备方法制得的用于锂同位素分离的锂超离子导体薄片。
11、本专利技术还提供了上述的用于锂同位素分离的锂超离子导体薄片在分离富集6li中的用途，其包括：
12、将阳极、阴极、阳极液、阴极液与锂超离子导体薄片共同构成电迁移体系；其中，所述阳极液设置于阳极室，所述阴极液设置于阴极室，所述锂超离子导体薄片作为渗透介质设置于阳极室与阴极室之间，所述选择性分离富集6li的锂超离子导体薄片为上述所述的用于锂同位素分离的锂超离子导体薄片；
13、将所述电迁移体系通电，从而在阴极室获得富集6li的阴极水溶液。
14、优选地，所述阳极液为锂盐溶液，所述锂盐溶液中所含锂盐包括氟化锂、氯化锂、溴化锂、碘化锂、醋酸锂、硫酸锂、硝酸锂、高氯酸锂、三氟乙酸锂、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂中的任意一种或两种以上的组合。
15、优选地，所述锂盐溶液中锂离子的浓度为0.1～20mol/l。
16、优选地，所述阴极液为纯水、nacl、kcl、nh4cl、na2so4、k2so4、(nh4)2so4、nano3、kno3和nh4no3水溶液中的一种或多种。
17、优选地，所述阳极材料为石墨、铜、镍或不锈钢，阴极材料为石墨、铜、镍或锡。
18、优选地，所述阴极液加入量为阳极液的1.5倍。具体的，所述阳极液的加入量为10ml～1000ml。
19、优选地，所述电迁移体系中通电施加的电压范围为0.1v～10v。
20、优选地，所述通电时间为15～1440分钟。
21、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
22、本专利技术提出的锂超离子导体薄片制备方法，实现了具有可行性、有效性的干法锂超离子导体薄片制备，为实现高效低成本的规模化制备锂超离子导体薄片提供了技术切入点。同时积极发展学科领域交叉的优势，将新能源材料器件领域的前沿科技应用于相似元素元素富集的领域来，推动了学科领域的融合和促进。
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1.一种用于锂同位素分离的锂超离子导体薄片干法制备方法，所述锂同位素包括6Li和7Li两种稳定锂同位素，其特征在于，所述方法包括：将氧化物电解质粉末与粘结剂离心震荡充分混合，经过压实、切割成固定面积的氧化物电解质@粘结剂薄片，再经过高温烧结，制得用于锂同位素分离的锂超离子导体薄片。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氧化物电解质包括Li1+xAlxTi2-x(PO4)3、Li1+xAlxGe2-x(PO4)3、石榴石型Li7La3Zr2O12、钙钛矿型Li3yLa2/3–yTiO3及以上物质经其他元素掺杂后所得电解质中的一种或多种，其中，0＜x＜1，0.04＜y＜0.17；所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙烯亚和聚四氟乙烯中的一种或多种；其中，聚四氟乙烯具有如式下所示的结构：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氧化物电解质粉末与粘结剂的质量比为(4～500)：1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氧化物电解质@粘结剂薄片采用无模具静压法或等静压法压实，所述氧化物电解质@粘结剂薄片
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氧化物电解质@粘结剂薄片采用常规烧结法时在烧结过程中烧结温度为800～1400℃，保温时间为1～15小时，得到锂超离子导体薄片；所述氧化物电解质@粘结剂薄片采用真空热压法时在烧结过程中烧结温度为800～1400℃，烧结时间为120～300秒。
6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法制得的用于锂同位素分离的锂超离子导体薄片。
7.一种锂同位素分离的方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述阳极液为锂盐溶液，其中，所述锂盐溶液中所含锂盐包括氟化锂、氯化锂、溴化锂、碘化锂、醋酸锂、硫酸锂、硝酸锂、高氯酸锂、三氟乙酸锂、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂中的任意一种或两种以上的组合，锂盐溶液中锂离子的浓度为0.1～20mol/L；所述阴极液为纯水、NaCl、KCl、NH4Cl、Na2SO4、K2SO4、(NH4)2SO4、NaNO3、KNO3和NH4NO3水溶液中的一种或多种；所述阳极材料为石墨、铜、镍或不锈钢，阴极材料为石墨、铜、镍或锡。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述阴极液加入量为阳极液的1.5倍。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述电迁移体系中通电施加的电压范围为0.1V～10V，通电时间为15～1440分钟。
...【技术特征摘要】
1.一种用于锂同位素分离的锂超离子导体薄片干法制备方法，所述锂同位素包括6li和7li两种稳定锂同位素，其特征在于，所述方法包括：将氧化物电解质粉末与粘结剂离心震荡充分混合，经过压实、切割成固定面积的氧化物电解质@粘结剂薄片，再经过高温烧结，制得用于锂同位素分离的锂超离子导体薄片。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氧化物电解质包括li1+xalxti2-x(po4)3、li1+xalxge2-x(po4)3、石榴石型li7la3zr2o12、钙钛矿型li3yla2/3–ytio3及以上物质经其他元素掺杂后所得电解质中的一种或多种，其中，0＜x＜1，0.04＜y＜0.17；所述粘结剂包括聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙烯亚和聚四氟乙烯中的一种或多种；其中，聚四氟乙烯具有如式下所示的结构：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氧化物电解质粉末与粘结剂的质量比为(4～500)：1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氧化物电解质@粘结剂薄片采用无模具静压法或等静压法压实，所述氧化物电解质@粘结剂薄片的压实压力为10～500mpa，压实厚度为0.5～5mm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氧化物电解质@...
【专利技术属性】
技术研发人员：张宗良，卢昌彦，巩一凡，李炳勤，刘芳洋，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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