鋰作為全球能源轉(zhuǎn)型中的關(guān)鍵金屬，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車電池和可再生能源儲(chǔ)能系統(tǒng)。為保證鋰資源供應(yīng)，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(shù)因其高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注，然而現(xiàn)有分離膜面臨鋰離子選擇性差的瓶頸問題，嚴(yán)重制約了其在鋰離子選擇性分離領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
 

　　近日，青島能源所江河清研究員帶領(lǐng)的功能膜與氫能技術(shù)研究中心利用冠醚對(duì)鋰離子的識(shí)別作用，開發(fā)出具有鋰離子選擇性的復(fù)合膜。通過調(diào)控冠醚在膜內(nèi)的分布狀態(tài)以及復(fù)合膜的微結(jié)構(gòu)，提高了復(fù)合膜的Li+/Mg2+分離性能。研究結(jié)果表明，所開發(fā)的復(fù)合膜對(duì)LiCl的截留率達(dá)到33.3%，而對(duì)MgCl2的截留率高達(dá)94.8%；此外，將復(fù)合膜應(yīng)用于鎂鋰比為20的模擬鹽湖鹵水分離，Li+/Mg2+分離因子高達(dá)16.6(如圖1a所示)。相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際期刊Desalination上(DOI: 10.1016/j.desal.2024.118121)。
 

　　此外，研究團(tuán)隊(duì)利用金屬離子選擇性配位的特性，設(shè)計(jì)了金屬配位耦合電滲析系統(tǒng)，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(tǒng)通過在原料液中加入配體，并調(diào)節(jié)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(chǎng)作用下，陰離子配合物向陽極擴(kuò)散，通過自制的聚合物包覆膜進(jìn)入腔室S1，Li+則向陰極擴(kuò)散，通過單價(jià)陽離子交換膜進(jìn)入腔室S2，未配位的Ni2+則留在進(jìn)料溶液中，從而實(shí)現(xiàn)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(fā)表在Chemical Engineering Journal上(DOI: 10.1016/j.cej.2024.150882)。
 

圖1. 青島能源所開發(fā)鋰離子選擇性復(fù)合膜及金屬配位耦合電滲透技術(shù)
 

　　高鋰離子選擇性復(fù)合膜以及新型膜分離技術(shù)的開發(fā)，有望實(shí)現(xiàn)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(shù)支持。上述研究工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金、山東省泰山學(xué)者等項(xiàng)目的支持。