无机固态电解质膜的应用为海水锂提供了新的思路

近日，南京工业大学教授邢卫红、仲兆祥团队与澳大利亚蒙纳士大学教授王焕亭合作，发表题为《无机固态电解质膜在锂提取中的应用》的评论论文，首次全面介绍了无机固态电解质，揭示了基于埃及离子通道的膜材料的离子分离特性，为高效锂离子分离膜的设计提供了新的思路，有望从海水中获得锂。

“与新兴的离子分离膜材料相比，无机固体电解质以其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。”钟兆祥说，目前锂主要是从陆地矿石和盐湖盐水中提取的，但该过程耗时、成本高，污染了环境。2015年，无机固体电解质首次被用作锂离子选择性膜从海水中回收锂。此后，不同晶体结构的无机固体电解质材料也被开发并成功地用于锂离子的分离和回收利用。

无机固体电解质的晶体结构是其选择性离子传输系统的核心。由于无机固体电解质的晶格孔径有限，不能容纳含有完整水合壳层的锂离子，因此锂离子在通过材料前必须去除表面结合的水分子。脱水后，裸离子穿过晶格，在连接位置和间隙缺陷之间弹跳，形成定义清晰的离子通道。“离子通道的大小与‘智能访问控制’相似。与晶格结构相匹配的离子，如锂离子可以“顺利通过”，而不匹配的离子被排除在外，以实现选择性离子传输。”钟告诉《中国科学日报》。

当离子半径大于离子通道的离子传输时，如钠和钾，由于尺寸不匹配，需要迫使晶格变形，然后需要克服更高的能量势垒，显著降低转移效率，形成“隐形”效果。同样，镁、钙等高价离子与晶格结构中的正离子会产生更强的静电相互作用，被离子通道周围的氧气牢牢束缚，进一步降低其扩散速率。

研究小组简要介绍了无机固态电解质的各种类型及其发展面临的技术挑战，并强调了这种新型锂离子选择性膜材料在直接锂提取方面的巨大潜力。无机固态电解质作为一种创新的离子选择性膜材料，能够高效、准确地分离和提取锂离子，不仅能克服传统锂提取方法效率低、污染严重的问题，而且能大大提高锂的回收效率。论文第一作者、南京工业大学教授刘泽贤表示，无机固态电解质膜的自主研发已成功应用于海水和盐湖卤水的锂提取试验，并获得了高纯度的锂产品。未来，有望促进绿色锂资源的大规模发展，为新能源汽车、高端制造业和新能源产业提供重要的材料支持。