圖 界面光熱鹽湖提鋰的運(yùn)行機(jī)制和器件組成。(A-B)界面光熱鹽湖提鋰的運(yùn)行機(jī)制; (C-E)從上到下分別為：光熱蒸發(fā)器、存儲(chǔ)層和離子篩分層

在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào)：51925204、92262305)等資助下，南京大學(xué)朱嘉教授與合作者在鹽湖鋰資源綠色開(kāi)發(fā)領(lǐng)域取得進(jìn)展。相關(guān)成果以“界面光熱鹽湖提鋰技術(shù)(Solar transpiration–powered lithium extraction and storage)”為題，于2024年9月27日在線發(fā)表于《科學(xué)》(Science)。論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adm7034。

鋰作為全球能源轉(zhuǎn)型中的戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)電池和可再生能源儲(chǔ)能系統(tǒng)。鹽湖型鋰礦是全球鋰資源的主要來(lái)源，以我國(guó)為例，青藏高原蘊(yùn)藏著豐富的鹽湖鋰礦資源。然而，由于鹽湖化學(xué)條件復(fù)雜以及環(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)格，至今尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模開(kāi)采，成為我國(guó)鹽湖鋰資源開(kāi)發(fā)的“卡脖子”難題。因此，發(fā)展綠色、環(huán)保、可持續(xù)的鹽湖提鋰新技術(shù)，是破解這一難題的關(guān)鍵，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和戰(zhàn)略意義。

朱嘉教授團(tuán)隊(duì)借鑒鹽土植物對(duì)鹽分的“選擇性吸收-儲(chǔ)存-釋放”機(jī)制，開(kāi)發(fā)了界面光熱鹽湖提鋰材料與器件(STLES，圖A-B)。研究團(tuán)隊(duì)采用高效光熱轉(zhuǎn)換的鋁基等離激元蒸發(fā)器(圖C)作為界面光熱層，實(shí)現(xiàn)了水的快速蒸發(fā)并在百納米通道內(nèi)產(chǎn)生超高毛細(xì)壓強(qiáng)。同時(shí)，采用親水多孔的二氧化硅陶瓷作為鋰鹽存儲(chǔ)層(圖D)，聚酰胺納濾膜作為離子篩分層(圖E)，實(shí)現(xiàn)了鋰離子的選擇性提取和存儲(chǔ)。裝置運(yùn)行過(guò)程中，水和鋰鹽在毛細(xì)壓強(qiáng)作用下穿過(guò)離子篩分層進(jìn)入存儲(chǔ)層，隨后通過(guò)水循環(huán)系統(tǒng)收集，完成裝置再生。研究結(jié)果表明，該技術(shù)能夠從稀釋的鹽湖鹵水中高效提取鋰，并在超過(guò)500小時(shí)的連續(xù)運(yùn)行中保持優(yōu)異的穩(wěn)定性，展現(xiàn)了長(zhǎng)期應(yīng)用的巨大潛力。此外，該技術(shù)兼容性強(qiáng)，通過(guò)優(yōu)化離子篩分層和采用多級(jí)提鋰工藝，鋰選擇性分別提升了6倍和40倍。模塊化設(shè)計(jì)還使得鋰產(chǎn)量能夠隨模塊數(shù)量線性增長(zhǎng)，進(jìn)一步增強(qiáng)了該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用性和擴(kuò)展性。

該工作通過(guò)界面光熱鹽湖提鋰技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鹽湖中鋰資源的有效提取，有望推動(dòng)我國(guó)青藏鹽湖鋰資源的綠色開(kāi)發(fā)，減少我國(guó)對(duì)進(jìn)口鋰礦的依賴，保障我國(guó)戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬鋰的安全供給。