随着新能源汽车和可再生能源储能技术的快速发展，锂离子电池需求持续增长，全球锂资源供应面临越来越大的挑战。目前，工业锂资源主要来源于盐湖卤水和矿石提锂，但传统蒸发浓缩、矿石焙烧等技术普遍存在资源消耗高、环境负荷大、生产周期长以及资源分布受限等问题。海水作为地球上储量最丰富的含锂资源之一，其锂储量超过陆地已开发锂资源总量的数千倍，具有巨大的资源潜力。然而，由于海水中锂浓度极低（约0.17 ppm），且含有大量性质相近的共存离子（如Na⁺、Mg²⁺、K⁺），如何实现高效、高选择性的海水提锂仍是国际公认的技术挑战。
　　针对上述问题，南京大学何平教授、周豪慎教授团队提出了一种受锂空气电池化学启发的电渗析直接制备碳酸锂新策略。如图1所示，利用固态锂离子导体膜实现海水中锂离子的选择性迁移，并结合"锂-空气（Li–air）"氧还原反应过程，实现锂离子在阴极区域直接转化为电池级碳酸锂（Li₂CO₃）。该方法突破了传统提锂过程中"先富集锂离子、再添加沉淀剂制备碳酸锂"的多步骤路线，实现了从低浓度海水到高价值锂化合物的一步式转化。

图 1 Li–air化学辅助电渗析直接从海水制备碳酸锂的工作原理。

　　该研究构建了一种基于固态电解质膜的流动式电渗析体系。其中，具有高锂离子选择性的Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃（LAGP）固态电解质膜作为离子分离界面，仅允许Li⁺通过，同时阻隔海水中的Na⁺、Mg²⁺等竞争离子。在阴极侧引入空气中的氧气和二氧化碳，通过Li–air化学过程促进Li2CO3生成，并利用在线过滤实现产物直接收集。与传统碳酸化过程需要额外加入Na₂CO₃不同，该体系直接利用空气中的CO₂作为碳源，实现了锂提取与碳酸锂生成过程的一体化。
　　研究发现，该电渗析体系在低于2 V的工作电压下即可实现海水中锂资源提取，并成功获得纯度达到93.8%的Li2CO3产品。进一步研究表明，即使在Na⁺、K⁺等竞争离子大量存在的环境中，Li–air反应过程中形成的热力学选择性仍能够驱动Li₂CO₃优先生成，实现了基于"膜分离+化学反应选择性"的双重锂选择机制。

图 2 海水直接制备Li₂CO₃及其应用验证。(a-e) 提取产物的结构和成分表征；(f) 不同条件下Li₂CO₃产率；

　　为验证所得产物的应用价值，研究团队进一步利用提取得到的Li₂CO₃作为原料，通过固相反应制备了商业锂电池正极材料LiCoO₂。电化学测试结果显示，由海水提取Li₂CO₃制备的LiCoO₂具有良好的晶体结构和电化学性能，证明了该方法不仅能够实现锂资源回收，同时能够直接制备满足电池制造需求的关键材料。
　　此外，研究团队对该技术进行了初步经济性和环境效益分析。结果表明，与传统蒸发沉淀路线相比，该方法减少了大量化学沉淀剂的使用，并利用空气中的CO₂作为碳源，在降低物质消耗的同时实现了二氧化碳固定。理论分析显示，在未来进一步提升固态电解质膜寿命和碳酸锂收集效率后，该技术有望实现更具竞争力的海水锂资源开发路线。
　　该研究提出了一种全新的资源提取理念，即通过将离子选择性膜分离技术与电化学反应过程耦合，将低浓度、低品位资源直接转化为高价值能源材料。该策略不仅为海水及其他低品质锂资源的开发提供了新路径，也为未来构建低碳、可持续锂资源供应体系提供了重要技术基础。
　　相关研究成果以"Li–air chemistry inspired electrodialysis for direct lithium carbonate production from seawater"为题，发表于国际期刊 《Nature Communications》（DOI:10.1038/s41467-026-75055-z）。南京大学现代工程与应用科学学院何平教授和周豪慎教授为论文通讯作者，南京大学先进制造学院杨思勰助理教授为论文第一作者。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。