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18
2026
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03
Angew: “嵌入式生长”守护离子通道，构建长效稳定的海水提锂膜
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一、背景：海水提锂的“稳定性困境”
在全球锂需求快速增长的背景下，海水因蕴含约2300亿吨锂资源而被视为潜在的战略来源。然而，海水中锂浓度*低，且伴随大量Na⁺、Mg²⁺等干扰离子，使传统蒸发法几乎不可行。电化学直接提锂（DLE）技术依赖锂离子筛膜实现选择性传输，被认为是*有前景的路线之一。其中，NASICON结构的Li₁.₅Al₀.₅Ge₁.₅(PO₄)₃（LAGP）膜因其较高离子电导率而备受关注。但在真实海水环境下，LAGP存在两大致命问题：化学腐蚀，离子交换与局部溶解导致结构破坏；界面失效，传统涂层保护层附着力弱、易剥离。如何在保证Li⁺传输通道连续性的同时，实现长期抗腐蚀稳定运行，是海水提锂膜走向实用化的关键挑战。
二、创新：渗透生长构建“晶格匹配”互生结构
近日，南京大学何平教授团队提出一种渗透生长策略，在LAGP表面构建TiO₂互生保护层，实现结构与功能的协同增强。核心机制包括：
1. 酸蚀–重构–离子交换三步协同
酸性TiO₂溶胶旋涂于LAGP表面，酸蚀激活界面，高温烧结过程中Ti⁴⁺与Ge⁴⁺发生离子交换，形成与LAGP晶格匹配的Li₁₊ₓAlₓTi₂₋ₓ(PO₄)₃（LATP）中间相。
2. 构建“互生结构”而非简单涂层
不同于传统表面包覆，TiO₂层与LAGP通过晶格匹配界面相紧密结合，消除界面空隙，显著提升剥离强度与硬度，避免界面电阻增加。
3. 保持连续Li⁺传输通道
互生结构实现：室温离子电导率达 2.40 × 10⁻⁴ S·cm⁻¹，活化能低至0.33 eV，无显著界面阻抗增加。
在天然海水电解提锂装置中，该膜实现：稳定运行650小时，库伦效率97.4%，能耗17.4 kWh·kg⁻¹Li，同时未检测到Na或Mg在膜表面累积，表明腐蚀与离子交换得到有效抑制。
三、意义：为海水长期提锂提供工程级解决方案
该研究的突破意义在于同时解决了稳定性、机械强度与离子传输三重难题。
1. 从“涂层保护”升级为“互生界面工程”，通过晶格匹配界面相，实现真正的结构融合。
2. 同步提升稳定性与导电性，避免传统保护层导致的界面阻抗增加问题。
3. 实现长期稳定运行验证，650小时连续提锂运行，为工程化应用提供关键数据支撑。
4. 提供可推广的通用策略，渗透生长互生结构设计可拓展至其他NASICON型离子筛膜体系。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/HESmqqwEUdhvL5sWsuCD1Q
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