摘要：在新能源汽车爆发式增长的今天，全球锂资源争夺已进入白热化阶段，统计数据显示陆地上可开采锂资源仅2200万吨，海水中却蕴藏2300亿吨锂。随着向可再生能源的转型，高效、绿色的海水提锂技术，被视作科研界难啃的“硬骨头”，成为科学研究热点。

破解锂萃取“困局”

近年来，基于埃级离子通道的膜材料研发取得显著进展，但该技术仍面临稳定性不足、规模化应用受限以及锂选择性有待提升等关键挑战。日前，南京工业大学邢卫红、仲兆祥教授团队与澳大利亚蒙纳士大学王焕庭院士合作，在《自然综述：材料》（Nature Reviews Materials 影响因子：79.8）发表题为“无机固态电解质膜在锂萃取中的应用（Inorganic solid-state electrolyte membranes for lithium extraction）”评述论文，首次全面介绍了无机固态电解质（ISSEs），并揭示了这类材料的离子分离特性，为高效锂离子分离膜设计提供了新思路，有望从海水中提取锂。

构建锂离子“专属通道”

“与新兴的离子分离膜材料相比，ISSEs凭借快速的锂离子传输和高离子电导率成为离子分离膜的理想选择。”仲兆祥教授介绍说，目前，锂主要通过陆上矿石和盐湖卤水提取，但这工艺耗时、成本高且污染环境。2015年，ISSEs首次被用作锂离子选择性膜从海水中回收锂。此后，具有不同晶体结构的ISSEs材料也相继被开发并成功用于锂离子的分离与回收。

ISSEs的晶体结构是其选择性离子传输机制的核心。由于ISSEs的晶格孔径有限，无法容纳带有完整水合壳层的锂离子，因此锂离子在通过材料前必须首先脱去外层结合的水分子。脱水后，裸离子穿过晶格，在相互连接的空位和间隙缺陷之间跳跃，形成定义明确的离子通道。“离子通道的尺寸类似‘智能门禁’，与晶格结构相匹配的离子，如锂离子可‘丝滑通过’，而不匹配的离子则被排除在外，从而实现选择性离子传输。”

当离子半径大于离子通道的离子进行传输时，如钠和钾，由于尺寸不匹配，迫使晶格发生形变，从而要克服更高的能量势垒，迁移效率则显著降低，形成“拒之门外”的效果。同样，镁和钙等高价离子与晶格结构中的阳离子会产生更强的静电相互作用，同时被离子通道周围的氧气牢牢束缚，从而进一步降低了它们的扩散速率。

引领绿色提锂新潮流

研究团队在论文中简要介绍了ISSEs的多种类型，以及其发展过程中面临的技术挑战，并着重强调了这种新型锂离子选择性膜材料在直接锂萃取方面的巨大潜力。作为一种创新的离子选择性膜材料，ISSEs能够高效、精准地分离并提取锂离子，不仅能够克服传统提锂方法效率低、污染重等难题，还大幅提升了锂的回收效率。论文第一作者刘泽贤教授表示，目前实验室自主研发的无机固态电解质膜（ISSEs），已成功应用于海水和盐湖卤水的锂提取实验，并获得高纯度的锂产品。未来，ISSEs有望推动绿色锂资源的大规模开发，为新能源汽车、高端制造和新能源产业提供重要材料支撑。

该项技术的突破将助力全球碳中和进程，并有望重塑全球锂资源的供应与利用格局。

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文字 | 杨芳 化工学院 科学研究院

值班编辑 | 何冰莹

责任编辑 | 何悦

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