海水中锂储量丰富，从海水中提取锂金属不仅有可能缓解电动汽车行业快速发展带来的锂短缺问题，还可以作为阳极电极提供电力。然而，海水中的锂离子浓度低（约0.17 mg/L）且镁锂比可达6000以上，是提锂领域极具挑战的的"低品质卤水"，传统技术在海水提锂中面临锂离子选择性低，操作复杂等问题。
　　针对上述挑战，南京大学何平教授与周豪慎教授团队开发了一种基于柔性、可扩展的无机-聚合物复合锂离子筛膜。该膜将海水与有机电解液分隔开，带有析氧催化剂的电极和铜电极分别浸没在海水与有机电解液中。当电极接通外加电源后，电极上发生电化学反应。同时，锂离子在电场作用下从海水迁移到有机电解液一侧，并最终在铜表面被还原为金属锂。与传统的复合膜不同，该膜使用化学惰性的聚乙烯（PE）作为聚合物基底，使用具有选择性传输锂离子的固体电解质颗粒Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃ (LAGP)作为单离子通道，进而实现了选择性筛分传输锂离子。

　　
　　图1. 电动汽车对锂的需求估算以及利用锂离子选择性复合膜从海水中提取锂金属并用于电池制造的示意图。

　　结果表明，使用复合锂离子筛膜提锂的情况下，在提取电流密度为200μA/cm^-2时，库仑效率高达98.04%，能耗仅为17.4 kWh kg_Li^-1。提取的锂金属可以直接集用于组装锂硫电池。该电池可以提供395 Wh kg^-1的能量密度，与使用商业金属锂组装的电池性能相近。为了进一步证明其工业可行性，团队发明了一种柔性提锂原型器件，并将提锂得到的锂金属阳极用于组装锂硫软包电池。该研究实现了海水提锂与锂金属电池的模块化生产，为促进海水锂资源的开发利用提供了新的思路。

　　
　　图2. (a) 在提取速率分别为100μA/cm²(0.26 g/m²/h)、200μA/cm²(0.51 g/m²/h) 和300μA/cm²(0.74 g/m²/h) 时的库仑效率和能耗。(b) 使用海水提取锂组装的锂负极与商用锂箔负极的锂硫电池充放电曲线对比。(c) 使用提取锂金属负极与商用锂金属箔的锂硫电池循环性能对比。(d) 柔性锂金属提取原型装置结构示意图。(e-g) 自制柔性提取原型装置的前视图、后视图和弯曲状态照片。其中LAGP-PE隔膜和铜箔尺寸为4×4 cm²。(h) 原始铜箔（左图）与沉积有锂金属的铜箔（右图）照片。提取装置中的铜箔阴极在干燥房内拆解，拆解后的阴极尺寸略小于原始尺寸。(i) 采用从海水中获得的锂负极组装而成的4×4 cm²锂硫软包电池，该电池可正常工作并点亮一串LED灯。

　　相关工作以"Lithium Metal Recovery from Sea Water by a Flexible and Scalable Membrane with Lithium-Ion Exclusive Channels"为题，于2024年9月3日发表在《Angewandte Chemie International Edition》上（DOI: 10.1002/anie.202411957）。南京大学现代工程与应用科学学院何平教授与周豪慎教授为论文通讯作者，2018级硕士生杨金贵和2020级直博生王义钢共同为第一作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省重点研发计划、江苏省碳达峰碳中和科技创新专项资金等项目的资助，同时也得到了固体微结构物理国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心、江苏省功能材料设计原理与应用技术重点实验室和南京大学储能材料与技术中心等单位的支持。