南京大学新闻网12月12讯：2024年12月12日，由南京大学现代工程与应用科学学院的周豪慎教授、何平教授与功能材料与智能制造研究院的杨思勰助理教授组成的团队在Nature期刊上发表了一篇题为“Lithium extraction from low-quality brines”的综述长文。

当前可再生能源迅猛发展，针对锂作为电池核心材料面临的供需失衡、开采过程高能耗、高污染以及资源消耗严重等一系列问题，周豪慎教授与何平教授领衔的团队长期致力于海水和卤水提锂技术的研究与开发。团队深入而全面地研究了已知的含锂水域及其相应的提锂技术，首次提出了“低品质卤水”这一概念，并强调其在全球锂资源可持续供应中的关键作用。在此基础上，该团队详尽地整理和比较了针对低品质卤水型锂源的多项新型提锂技术，通过大量数据可视化分析，概括了各种技术所面临的痛点和挑战。更为关键的是，团队从分离过程的基本原理出发，系统地剖析了各类技术路线背后的物理化学机制，阐述了锂元素与干扰离子的分离原理及策略，提出了锂离子分离的驱动力与能级差理论，为未来新型锂资源提取技术的发展指明了方向。该研究成果的通讯作者为何平教授和周豪慎教授，南京大学作为该工作的唯一完成单位。我校功能材料与智能制造研究院的杨思勰助理教授和现代工程与应用科学学院2020级博士生王义钢为共同第一作者，2021级博士生潘慧也为该工作做出了重要贡献。

膜分离技术 电场加持下的效率提升

基于膜的分离技术通过调节膜的孔径和表面功能化，使得锂离子能够在复杂溶液中优先通过，而其他离子则被排除。文章回顾了膜分离技术在锂提取中的应用进展，特别是利用膜的孔径和表面功能化调控离子的选择性渗透，能够有效地分离低品质卤水中的锂离子。此外，作者特别强调了电场作为膜分离驱动力在构建多级分离系统和利用锂离子固态电解质进行分离上的优势，同时也指出了其在大规模应用中的成本和能耗问题仍需进一步解决。

图4 膜分离技术

在论文的最后，作者总结了当前技术的挑战与未来的研究方向。他们指出，尽管材料创新、多级提取和多技术多资源协同提取等方案显著推进了低品质卤水锂提取技术的进步，但现阶段该领域仍然面临一些关键问题阻碍其大规模实用化，如提高提取效率、减少成本、优化操作条件等。未来的研究需要聚焦于提高提取过程的经济性、缩短生产周期，并进一步降低环境影响。同时，作者从分离过程中的原液（初始态）、中间相（过渡态）和浓缩液（最终态）三个状态出发，系统剖析了各个技术路线中实现离子分离所利用的包括驱动力、脱水能、晶格能、扩散速率等不同机制，阐述了锂元素与干扰离子的分离原理和方法策略，提出了锂离子分离的驱动力（表面张力、热蒸腾、电场力、机械水压、化学势差等）和能级差理论，为后续新型锂提取技术的开发提供了新的思路。（本刊有删节）详情见南京大学官网

该工作受到国家重点研发计划“新能源汽车”专项课题，国家自然科学基金委重点项目，江苏省碳达峰碳中和科技创新专项资金资助。

论文链接（点击文末“阅读原文”可查看全文）：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-08117-1