锂作为元素周期表中最轻的金属，因重量轻、能量密度高，成为电动汽车、手机、笔记本电脑及军事技术的理想材料。随着需求飙升，锂的供应和可靠性问题引发关注。

为应对激增需求和潜在供应链问题，美国能源部阿贡国家实验室的科学家开发出一种创新膜技术，可高效从水中提取锂。该团队部分成员兼任芝加哥大学普利兹克分子工程学院教授。阿贡国家实验室先进能源技术理事会首席科学技术官塞思·达林表示，新型膜为国内锂提取提供了低成本且丰富的替代方案。

目前，全球大部分锂资源来自少数国家的硬岩矿和盐湖，供应链易受干扰。然而，地球上大部分锂溶解在海水和地下咸水中，从这些非常规资源中提取锂成本高、耗能大且效率低，传统方法难以分离锂与其他更丰富的元素(如钠和镁)。

在盐水中，锂和其他元素以阳离子形式存在。高效提取锂的关键在于根据离子大小和电荷强度过滤掉其他阳离子。新型膜由天然储量丰富的蛭石制成，成本低廉。研究人员将粘土剥离成超薄层后重新堆叠，形成过滤器。然而，未处理的粘土层在水中易分解。为此，研究人员在层间插入氧化铝柱，防止结构坍塌，并中和膜的负表面电荷。

接下来，研究人员将钠阳离子引入膜中，使其表面电荷变为正电荷。由于镁离子电荷高于锂离子，膜对镁离子的排斥力更大，从而更容易捕获锂离子。为进一步提升性能，团队添加更多钠离子，减小膜孔径，使膜允许钠和钾等较小离子通过，同时捕获锂离子。

第一作者、芝加哥大学博士生刘一宁表示，通过按离子大小和电荷过滤，新型膜可更高效地从水中提取锂，减少对外国供应商的依赖，并开辟新的锂储备来源。研究人员认为，这一突破可能应用于回收镍、钴和稀土元素等其他关键材料，以及去除水源中的有害污染物。

这项研究由美国能源部基础能源科学办公室资助的能源前沿研究中心AMEWS资助，研究成果首次发表在《先进材料》杂志上。除了达林和刘之外，阿贡国家实验室的作者还包括王玉琴、布拉廷·森古普塔、奥马尔·卡齐、亚历克斯·B·F·马丁森和杰弗里·W·埃拉姆。刘、王、卡齐、埃拉姆和达林同时在菲利普莫里斯海洋研究所任职。