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〔中國科學報〕無機固態電解質膜應用，為海水提鋰提供新思路
時間：2025-05-27
來源：中國科學報
作者：溫才妃 楊芳
攝影： 編輯：葛潤陽
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日前，南京工業大學教授邢衛紅、仲兆祥團隊與澳大利亞蒙納士大學教授王煥庭合作，在《自然綜述：材料》發表題為“無機固態電解質膜在鋰萃取中的應用”評述論文，首次全面介紹了無機固態電解質，并揭示了基于埃級離子通道的膜材料的離子分離特性，為高效鋰離子分離膜設計提供了新思路，有望從海水中提取鋰。
“與新興的離子分離膜材料相比，無機固態電解質憑借快速的鋰離子傳輸和高離子電導率成為離子分離膜的理想選擇。”仲兆祥介紹道，目前，鋰主要通過陸上礦石和鹽湖鹵水提取，但這工藝耗時、成本高且污染環境。2015年，無機固態電解質首次被用作鋰離子選擇性膜從海水中回收鋰。此后，具有不同晶體結構的無機固態電解質材料也相繼被開發并成功用于鋰離子的分離與回收。
無機固態電解質的晶體結構是其選擇性離子傳輸機制的核心。由于無機固態電解質的晶格孔徑有限，無法容納帶有完整水合殼層的鋰離子，因此鋰離子在通過材料前必須首先脫去外層結合的水分子。脫水后，裸離子穿過晶格，在相互連接的空位和間隙缺陷之間跳躍，形成定義明確的離子通道。“離子通道的尺寸類似‘智能門禁’，與晶格結構相匹配的離子，如鋰離子可‘絲滑通過’，而不匹配的離子則被排除在外，從而實現選擇性離子傳輸。”仲兆祥告訴《中國科學報》。
當離子半徑大于離子通道的離子進行傳輸時，如鈉和鉀，由于尺寸不匹配，需迫使晶格發生形變，從而需要克服更高的能量勢壘，遷移效率則顯著降低，形成“拒之門外”的效果。同樣，鎂和鈣等高價離子與晶格結構中的陽離子會產生更強的靜電相互作用，同時被離子通道周圍的氧氣牢牢束縛，從而進一步降低了它們的擴散速率。
研究團隊在論文中簡要介紹了無機固態電解質的多種類型，以及其發展過程中面臨的技術挑戰，并著重強調了這種新型鋰離子選擇性膜材料在直接鋰萃取方面的巨大潛力。作為一種創新的離子選擇性膜材料，無機固態電解質能夠高效、精準地分離并提取鋰離子，不僅能夠克服傳統提鋰方法效率低、污染重等難題，還大幅提升了鋰的回收效率。論文第一作者、南京工業大學教授劉澤賢表示，目前實驗室自主研發的無機固態電解質膜，已成功應用于海水和鹽湖鹵水的鋰提取實驗，并獲得高純度的鋰產品。未來，它有望推動綠色鋰資源的大規模開發，為新能源汽車、高端制造和新能源產業提供重要材料支撐。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41578-025-00808-z
2025年5月26日《中國科學報》：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2025/5/544674.shtm
