鋰作為全球能源轉型中的關鍵金屬，廣泛應用于電動汽車電池和可再生能源儲能系統。為保證鋰資源供應，從鹽湖鹵水和廢舊鋰離子電池中提取鋰成為有效的途徑之一。膜分離技術因其高效、環保等優點備受關注，然而現有分離膜面臨鋰離子選擇性差的瓶頸問題，嚴重制約了其在鋰離子選擇性分離領域的廣泛應用。
 

　　近日，青島能源所江河清研究員帶領的功能膜與氫能技術研究中心利用冠醚對鋰離子的識別作用，開發出具有鋰離子選擇性的復合膜。通過調控冠醚在膜內的分布狀態以及復合膜的微結構，提高了復合膜的Li+/Mg2+分離性能。研究結果表明，所開發的復合膜對LiCl的截留率達到33.3%，而對MgCl2的截留率高達94.8%；此外，將復合膜應用于鎂鋰比為20的模擬鹽湖鹵水分離，Li+/Mg2+分離因子高達16.6(如圖1a所示)。相關研究成果發表在國際期刊Desalination上(DOI: 10.1016/j.desal.2024.118121)。
 

　　此外，研究團隊利用金屬離子選擇性配位的特性，設計了金屬配位耦合電滲析系統，解決了廢舊離子電池中鋰、鈷、鎳金屬離子一步分離的難題。該系統通過在原料液中加入配體，并調節配體的種類和濃度，使Co2+選擇性地與配體配位形成陰離子配合物。在電場作用下，陰離子配合物向陽極擴散，通過自制的聚合物包覆膜進入腔室S1，Li+則向陰極擴散，通過單價陽離子交換膜進入腔室S2，未配位的Ni2+則留在進料溶液中，從而實現了鋰、鈷、鎳三種金屬離子的一步分離(如圖1b所示)。該研究成果已發表在Chemical Engineering Journal上(DOI: 10.1016/j.cej.2024.150882)。
 

圖1. 青島能源所開發鋰離子選擇性復合膜及金屬配位耦合電滲透技術
 

　　高鋰離子選擇性復合膜以及新型膜分離技術的開發，有望實現從鹽湖、海水及廢舊鋰離子電池中高效回收鋰，為解決鋰資源緊缺問題提供有效的技術支持。上述研究工作獲得了國家自然科學基金、山東省自然科學基金、山東省泰山學者等項目的支持。