我国科学家突破盐湖提锂技术瓶颈 新型电极材料实现高效稳定提取

问题—— 全球能源转型加速的背景下,锂作为动力电池和储能产业的关键原料,是新能源产业链的重要基础;我国盐湖锂资源储量可观,电化学盐湖提锂因流程较为清洁、可与可再生能源协同等特点,被认为具备应用潜力。但在工程化推进中存在共性瓶颈:电极材料在锂离子反复嵌入与脱出时会发生类似“呼吸”的晶格涨缩——内部应力持续累积——进而产生裂纹、粉化和活性衰减,直接限制提锂效率和循环寿命。 原因—— 业内常见做法多从材料外部“加保护层”入手,通过涂层、包覆或表面改性来减少副反应、提升稳定性。然而在高盐度、离子种类复杂的盐湖卤水环境中,电极不仅要面对镁、钠、钾、钙等离子干扰,还要长期承受结构应变。仅靠外部修饰往往难以化解体积变化带来的内应力集中;同时,保护层还可能引入传输阻力上升、界面老化等问题,导致性能提升不稳定、寿命难以继续突破。 影响—— 电极失效不仅会降低单次提取能力,还会推高运维成本、缩短设备更换周期,削弱电化学提锂的规模化竞争力。对资源端而言,若无法实现长周期稳定运行,盐湖锂资源的开发效率与可持续性都会受限;对产业链而言,稳定供给不足会增加原料价格波动风险,不利于新能源汽车与储能产业的平稳发展,也会对能源安全和关键矿产保障带来压力。 对策—— 针对上述痛点,同济大学环境科学与工程学院张亚雷教授、褚华强教授团队提出“由内而外”的结构工程思路:不再局限于外部修饰,而是在材料本体中构建可缓冲应变的“弹性骨架”。团队利用热力学中的熵增疏水效应,驱动前驱体在生长过程中自组装并调控微观结构,构筑具有有序梯度层间通道的多层核壳架构。该几何构型在材料内部形成纳米级应变缓冲区域:一上为晶格膨胀预留空间、分散并均化应力,从源头降低结构粉化风险;另一方面提供更顺畅的离子迁移通道,有助于提升锂离子传输效率,在“抗形变”和“快传输”之间取得兼顾。 前景—— 实验结果显示,优化后的电极材料在模拟盐湖卤水体系中实现了选择性、容量与循环稳定性的同步提升,显示出在复杂水环境下进行高效分离的应用潜力。业内人士认为,该研究为面向盐湖卤水等多离子、高盐度体系的先进分离材料设计提供了可借鉴的理论框架与结构路径,有望推动电化学提锂从“能用”走向“更耐用、更好用”。随着材料与电极制备工艺进一步放大验证,并与系统集成、能耗优化和过程控制联合推进,电化学盐湖提锂有望在提升资源开发效率、降低环境负担、增强供应韧性等发挥更大作用。

盐湖提锂的竞争,既是资源开发能力的比拼,也是材料与工艺创新的较量。将“问题”从表面转向材料内部,将“加固”从外部防护转向结构本体,是材料科学服务资源保障的一种思路调整。随着更多面向复杂水环境的基础研究走向工程应用,我国盐湖锂资源有望以更高效率、更低消耗、更可持续的方式释放价值,为新能源产业链的稳定发展提供支撑。