本报讯 数据显示，陆地上可开采的锂资源仅 2200 万吨，海水中却蕴藏2300 亿吨锂资源。 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”。日前，邢卫红、 仲兆祥教授团队与澳大利亚蒙纳士大学王焕庭教授合作， 在影响因子高达 79.8 的期刊《自然综述：材料》上发表题为 “无机固态电解质膜在锂萃取中的应用”评述论文，首次全面介绍了无机固态电解质， 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。
“与新兴离子分离膜材料相比，无机固态电解质膜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。”仲兆祥介绍，目前，锂主要通过陆上矿石和盐湖卤水提取， 工艺耗时长、成本高且污染环境。 2015 年，无机固态电解质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无机固态电解质材料相继被开发并成功用于锂离子的分离与回收。
无机固态电解质晶体结构是其选择性离子传输机制的核心。 在其间隙位点与晶格空位之间构建刚性、 有序的离子通道， 有利于与晶格结构相匹配的离子快速传输。 由于无机固态电解质的晶格孔径有限， 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形成的离子通道之间跳跃， 实现高效的离子传输。 “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。 ”论文第一作者、化工学院刘泽贤教授说。
当钠和钾等离子半径大于离子通道的离子进行传输时， 由于尺寸不匹配，迫使晶格发生形变，要克服更高的能量势垒，则迁移效率显著降低，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， 并被离子通道周围的氧气牢牢束缚， 从而进一步降低扩散速率。
研究团队在论文中简要介绍了无机固态电解质的多种类型， 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， 无机固态电解质能够高效、 精准地分离并提取锂离子，克服传统提锂方法效率低、污染重等难题，大幅提升锂的回收效率。
刘泽贤表示，目前实验室自主研发的无机固态电解质膜，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，无机固态电解质膜有望推动绿色锂资源的大规模开发，为高端制造业和新能源产业提供重要材料支撑。
杨芳