该工作通过仿生盐土植物的“选择性吸收-储存-释放”机制,成功开发界面光热盐湖提锂技术。该技术利用界面光热蒸腾效应,强化纳米通道传质并驱动高精度离子分离,实现了高选择性、低能耗、低碳排放的太阳能盐湖提锂。这一技术有望推动我国青藏盐湖锂资源的绿色开发,减少对进口锂矿的依赖,保障战略性关键金属锂的安全供给。相关研究成果以“Solar transpiration-powered lithium extraction and storage”为题,于2024年9月27日发表于Science期刊。
锂作为全球能源转型中的战略性关键金属,广泛应用于电动汽车电池和可再生能源储能系统。盐湖型锂矿是全球锂资源的重要来源,以我国为例,青藏高原拥有极其丰富的盐湖资源蕴藏着巨大的锂矿储量。然而,由于复杂的盐湖化学条件和极高的环境保护要求,至今难以大规模开采利用,成为我国锂矿开采的“卡脖子”难题。因此,发展绿色、环保、可持续的盐湖提锂新技术,是破解这一难题的关键,具有重要的经济社会价值和战略意义。
自然界中的许多生命系统,例如盐生植物,具备高效提取特定物质的能力。盐生植物能够利用蒸腾作用,从盐碱环境中选择性吸收盐分和水分,并通过特定器官储存和排出体内多余的盐分。这种“选择性吸收-储存-释放”机制,使盐生植物能够在极端盐碱环境中维持正常的新陈代谢和生长,也为开发高效、可持续的盐湖锂资源提取技术提供了重要的仿生学启示。
受此启发,南京大学研究团队成功开发了界面光热盐湖提锂装置(STLES)。
其结构和工作原理如下图所示,主要包括三部分:(1)界面光热蒸腾作用在蒸发器纳米通道(图1C)内产生超高毛细压强;
(2)该毛细压强传递至离子分离层(图1E),驱动锂离子选择性从盐水进入储存层;
(3)通过水循环系统收集储存层(图1D)中富集的锂盐,并实现装置再生。
界面光热盐湖提锂技术充分利用清洁、充沛的太阳能,有效提取盐湖中的关键锂资源。这项关键技术的研发成功有望提供一条解决路径,改变我国锂矿资源大量依赖进口的局面。