Nature Water：基于离子浓度梯度驱动的自发锂提取

催化视界 2024年12月10日 07:30 澳大利亚

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随着全球电气化进程的推进，对锂的需求快速增长。然而，目前传统的锂提取技术（如蒸发法和化学沉淀法）效率低、成本高且对环境不友好，难以满足不断扩大的市场需求。因此，开发可持续、高效的锂提取技术成为一个迫切的研究课题。

成果简介

本研究提出了一种基于离子浓度梯度驱动的自发锂提取技术，利用Li选择性陶瓷膜和Ag/AgCl电极，实现了从模拟卤水中自发提取锂离子并实现净能量输出。实验结果表明，该系统可在300小时内稳定运行，锂/镁选择性高达450，同时实现每摩尔锂1.6 Wh的能量输出。该技术为锂供应链的可持续发展提供了全新的技术解决方案。

研究亮点

创新驱动机制：利用浓度梯度驱动的渗透能量实现锂的自发提取，突破了传统技术需耗能的限制。

高选择性与稳定性：锂/镁选择性高达450，并在长达300小时的运行中保持稳定。

能量回收：提取过程中实现每摩尔锂1.6 Wh的净能量输出，展示了显著的能源优势。

工业化潜力：无需复杂设备即可实现锂的高效富集，适用于低锂浓度资源的利用。

配图精析

图1：自发锂提取系统的工作原理该图展示了Li选择性膜和Ag/AgCl电极如何通过离子浓度梯度驱动锂的自发提取，配合交替电极切换实现半连续操作。

图2：Li提取的热力学驱动力实验结果表明，自发锂提取的开路电压（OCV）由Cl⁻浓度梯度提供的渗透能量驱动。OCV随浓度梯度的增加而升高，并验证了Gibbs-Donnan平衡模型的理论预测。

图3：LAGP膜的结构表征通过XRD和SEM表征，确认Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3膜具有稳定的晶体结构和致密的表面形貌，确保了高选择性和长期稳定性。

图4：与其他锂提取技术的性能比较该技术在能量消耗和提取速率方面优于现有的直接锂提取方法，实现了负能耗锂提取。

展望

本研究开创性地将渗透能量收集与锂提取结合，为锂资源的可持续开发提供了全新的技术路径。这一方法不仅适用于锂的高效提取，还可推广至其他离子分离过程，推动资源提取技术的绿色转型。

文献信息

标题: Spontaneous lithium extraction and enrichment from brine with net energy output driven by counter-ion gradients期刊: Nature WaterDOI: 10.1038/s44221-024-00326-2原文链接: https://doi.org/10.1038/s44221-024-00326-2