電動車有望幫助我們擺脫對化石燃料的依賴，但它們帶來了一個新問題：電動車電池需要（序號：2019 年 5 月 7 日）。
芝加哥大學的材料科學家 Chong Liu 有一些想法。現有技術只能從離子高度集中的來源提取鋰，例如硬岩或稱為鹽水的地下鹹水沉積物。這些資源不僅不足以滿足需求，而且還會開採它們(序號：22 年 3 月 15 日）。
不過，劉已經發現了一種可以從未開發的來源中提取的材料。她關注的是地熱和海水淡化過程中留下的鹽水、水力壓裂產生的廢水甚至海水，如果能夠開採的話，有一天它們可以提供大量的鋰。然而，一個巨大的挑戰是，海水中鈉與鋰的比例約為 20,000 比 1，遠低於目前來源的數百比 1。
劉說，從低濃度溶液中提取鋰離子用於商業用途將需要更多的研究。但她的努力在更有效地提取資源方面取得了巨大進步，芝加哥大學分子工程師馬修·蒂雷爾(Matthew Tirrell) 於2018 年聘請劉擔任助理教授。為其他領域奠定了基礎。
選擇鋰
劉正在研究的方法——稱為電化學插層——最近才被用於提取資源。首先，研究人員將充滿離子大小通道的材料浸入鹽水中。水中的鋰離子進入材料的通道晶格並且可以在那裡被捕獲。但鹽水中還含有鈉離子等，這些離子會進入這些通道，從而減少了可以吸收的鋰量。
2016年左右，劉在史丹佛大學做博士後期間開始尋找理想的灌籃材料。她知道正確處理這一點很重要：「這種材料的特性將決定我們可以獲得多少[鋰]選擇性，以及我們可以使用什麼水源，」劉說。選擇性越好，捕獲的鋰就越多。因此，她在科學文獻中搜尋符合要求的資料。它需要在水中保持穩定，並且即使在充滿離子的情況下也能保持其結構。
她最終決定磷酸鐵。磷酸鐵中的氧比與競爭的鈉離子更容易與鋰結合。較大的鈉離子可以擴大通道，但鋰-氧鍵使通道保持較小並能容納更多的鋰。一旦材料充滿離子，它就會被轉移到淡水中，研究人員在淡水中施加電流來驅逐離子。然後他們添加一種氫氧化物，它與鋰結合形成固體氫氧化鋰，這是電動車電池中使用的原料。
史丹佛大學的物理學家朱棣文說，目前磷酸鐵能夠提取的鋰量是「驚人的」。美國前能源部長楚在博士後研究期間與劉共事。 “完成此操作後，您就可以滿足於現狀並說：’太棒了。’”但她也忍不住 [問]，’這可行嗎？
在芝加哥的實驗室裡，劉一直致力於提高材料的效率。她的團隊研究鋰離子和鈉離子如何進入材料的孔洞、以什麼順序以及它們在材料內部如何相互作用。劉說，透過更了解離子的行為，團隊可以提高材料的性能。
挖掘理解
劉氏團隊也是開發新方法用於分離稀土元素，她說這「實際上比鋰提取更難」。這17個要素是，包括風力渦輪機和智慧型手機（序號：1/16/23）。但它們經常在一起被發現，需要將它們分開——這是一項艱鉅的任務，因為它們的大小和化學成分相似。
除了這兩種方法之外，實驗室的大部分工作都集中在基礎材料科學上。 「我們只是累積了越來越多的知識，這樣我們就可以開始預測事情，」她說。這就是她選擇磷酸鐵的原因：經過大量研究，這是團隊嘗試的第一種材料。
朱說，正是這種深刻的理解讓劉脫穎而出。他說，“有一小部分人是你想要關注的”，因為他們經常想出聰明的新方法，“她就是其中之一。”
劉並不總是夢想成為材料科學家，甚至是教授。但在她攻讀博士學位期間。在史丹佛大學，她意識到自己喜歡研究環境。 「我真的很喜歡解決這個難題，」她說。 「這讓我決定，我可能想一輩子從事這份工作。很有趣。
週末，她有不同的樂趣：和孩子們一起玩樂高或騎自行車。她開始教導兒子有關太陽系和光合作用的知識。 “我們正在嘗試看看我們是否能夠保持樂趣，”她說，“但要偷偷地加入一點科學知識。”
