南工大黑科技破解海水提锂困局！无机膜筛出2300亿吨“海洋黄金”

近日，南京工业大学邢卫红、仲兆祥教授团队联合澳大利亚蒙纳士大学王焕庭院士，在《自然综述：材料》发表题为《无机固态电解质膜在锂萃中的应用》的评述论文，首次系统揭示无机固态电解质（ISSEs）的离子分离特性，为高效海水提锂技术提供全新设计思路。全球海洋中蕴藏的2300亿吨锂资源，或因此技术突破迎来商业化曙光。

​​技术突破：从“大海捞针”到精准筛锂​​

传统海水提锂技术受限于锂浓度极低（0.1-0.2 ppm）及钠、镁等干扰离子，效率低下且污染严重。邢卫红团队提出利用无机固态电解质膜的​​埃级离子通道​​，通过“尺寸筛分”与“电荷排斥”双重机制实现锂离子高效捕获。

​​晶体结构优势​​：氧化物基ISSEs（如LAGP、LATP）的晶格孔径仅允许脱溶剂化的锂离子（半径0.76 Å）通过，而钠（1.02 Å）、镁（0.72 Å）因尺寸或电荷不匹配被阻隔，锂选择性高达10⁴，远超传统聚合物膜（10²）。

​​动态脱溶剂化​​：锂离子需先脱去水合壳层，裸离子在晶格空位间跳跃迁移，形成“智能门禁”效应。实验显示，LATP膜在海水环境中连续运行30天未出现性能衰减。

​​材料创新：三类ISSEs的差异化竞争​​

团队系统梳理了ISSEs的三大技术路线及其产业化潜力：

​​氧化物基ISSEs​​：耐水性强（pH 2-12稳定）、热稳定性高（＞800℃），已实现工业化应用。例如，LAGP/聚乙烯复合膜（15×40 cm²）具备柔性，锂通量达5 mol·m⁻²·h⁻¹，能耗仅为传统电渗析的1/5。

​​硫化物基ISSEs​​：理论离子电导率（10⁻² S/cm）接近液态电解质，但遇水易降解。通过表面包覆Al₂O₃纳米层，稳定性可延长至100小时以上。

​​卤化物基ISSEs​​：三维开放结构促进锂离子三维扩散，电导率（10⁻³ S/cm）与耐水性兼备。2024年实验显示，Li₃YCl₆膜在海水环境中运行30天性能稳定。

​​应用前景：从实验室到海洋牧场​​

团队已成功将ISSEs膜应用于海水和盐湖卤水提锂实验，获得纯度＞99.95%的锂产品。未来技术落地需攻克三大挑战：

​​规模化制备​​：开发低成本成膜工艺（如气相沉积技术制备厚度＜10 μm的致密膜），预计2027年实现中试生产。

​​稳定性优化​​：通过离子掺杂（如Al³⁺取代）和表面工程，将材料寿命提升至10年以上。

​​能源效率​​：耦合太阳能驱动电解，提锂能耗降至2 kWh/kg Li，较传统工艺降低40%。

据测算，若技术成熟，海水提锂成本有望降至2万美元/吨，与盐湖提锂持平。邢卫红表示：“这不仅是材料学的突破，更是全球锂资源格局的重构。海洋锂资源开发或于2030年成为新能源产业支柱。”