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2022年7月19日，上?？萍即髮W(xué)劉巍教授團隊在Matter期刊上發(fā)表了一篇題為“Self-driven lithium extraction by directional liquid transport nonwoven”的研究成果。
課題組通過將一層含有鋰離子篩顆粒的疏水纖維層和一層親水纖維層復(fù)合，構(gòu)建具有潤濕梯度的提鋰非織造材料，直接依靠水溶液重力與材料自身的毛細(xì)管壓力差，引導(dǎo)水溶液穿透材料內(nèi)的曲折孔道與離子篩顆粒接觸，無需任何外部驅(qū)動力的情況下實現(xiàn)了鋰離子的提取。
在“碳達(dá)峰”和“碳中和”的宏大使命之下，作為新能源汽車、3C消費電子和儲能這些領(lǐng)域最不可或缺的能源金屬，鋰正在成為一種戰(zhàn)略性資源。商業(yè)鋰主要來自于陸地鋰礦，存在數(shù)量有限且地理上分布不均的問題。作為一種大量且與地理位置無關(guān)的鋰資源，海洋和鹽湖鹵水含有巨大的鋰儲量。因此，從海水/鹽水中提取鋰被認(rèn)為是最具潛力的方法。
現(xiàn)有提鋰工藝基于離子置換吸附法的鋰離子篩膜可實現(xiàn)對Li+的提取，而傳統(tǒng)鋰離子篩膜的結(jié)構(gòu)致密，液態(tài)鋰源（海水/鹽水）須施加外部壓力作為驅(qū)動力才能實現(xiàn)液體的滲透。因此，傳統(tǒng)鋰離子篩膜在提鋰過程中會造成額外的能耗問題。
近日，劉巍教授團隊開發(fā)一種具有定向水滲透功能的復(fù)合不對稱非織造材料（composite asymmetric nonwoven, CAN），CAN由一層含有鋰離子篩（鈦酸鋰，Li4T5O12）顆粒的疏水（聚偏氟乙烯，PVDF）纖維層和一層親水（棉，cotton）纖維層組成。先通過水刺非織造加工工藝制備棉纖維層（親水層），然后在其表面通過靜電紡絲制備含鋰離子篩的PVDF納米纖維層（疏水層），最后通過熱軋實現(xiàn)親水層與疏水層的復(fù)合。這項工作無需任何外部驅(qū)動力的情況下實現(xiàn)了鋰離子的提取，有望為海水/鹽湖提鋰節(jié)省能源成本帶來希望。