问题——全球能源结构加速调整的背景下，锂资源作为新能源产业链的关键基础原料，其稳定供应关系到产业安全与能源安全；我国盐湖锂资源储量可观，电化学盐湖提锂因能耗相对可控、可与可再生能源耦合等优势，被认为是一条意义在于应用潜力的技术路线。但在工程化推进中，电极材料在反复吸附与释放锂离子过程中容易发生结构劣化，导致提取效率下降、寿命缩短，成为持续稳定提锂的主要瓶颈。 原因——电化学提锂通常依赖电极材料的离子脱嵌过程，实现锂的选择性捕获与释放。在这个过程中，晶体骨架会随离子进出出现周期性膨胀与收缩，即业内所称的“呼吸效应”。当材料多次经历体积变化，内部应力不断累积并在局部集中，进而诱发微裂纹、颗粒粉化和结构塌陷；传输路径受损还会加剧极化，造成容量衰减与选择性下降。以往做法多侧重表面包覆、外部修饰等“加固”手段，但在复杂卤水体系中，外层改性容易出现界面不稳、传质受限等问题，难以从根本上缓解材料内部的应力矛盾。 影响——电极稳定性不足不仅影响单次提锂能力，也会抬升长期运行成本并增加系统不确定性：一上，循环寿命缩短意味着更频繁的更换与维护，综合成本随之上升；另一方面，结构粉化带来的性能波动会削弱系统对卤水组成变化的适应性，影响规模化装置的稳定运行。从资源开发角度看，若关键材料的长期可靠性难以保证，盐湖锂资源的绿色高效开发就难以形成可持续的技术闭环，也不利于产业链稳定预期的建立。 对策——针对上述痛点，同济大学环境科学与工程学院张亚雷教授、褚华强教授团队从“材料本体结构工程”入手，提出“熵驱动”自组装构筑策略：不再主要依赖外部包覆，而是通过内部结构设计主动实现“分散应力、优化通道”。研究利用热力学中熵增对应的的疏水效应，驱动前驱体生长过程中自组装，构筑可控的微观结构，形成具有有序梯度层间通道的多层核壳结构。该结构在材料内部引入纳米级“应变缓冲带”：一上为晶格可逆膨胀预留空间，使应力多层结构中逐级消纳并更趋均匀；另一上，借助有序通道提升锂离子迁移效率、降低传输阻力，为高倍率、长周期运行提供支撑。实验结果显示，优化后的电极材料模拟盐湖卤水条件下，实现了选择性、容量与循环稳定性的协同提升。相关成果以《熵驱动自组装构筑应力均质化架构，实现高效持久锂提取》为题发表于《美国科学院院刊》，环境科学与工程学院2022级博士研究生刘晓倩为论文第一作者，褚华强教授为通讯作者。 前景——从技术演进看，该研究不仅在于提升材料耐用性，更在于提出面向复杂水环境的设计思路：通过内部架构调控，实现应力管理与传质强化的协同优化，有望推广至多种盐湖卤水体系及相关分离过程。随着盐湖开发走向规模化、连续化，对材料一致性、可制造性与抗干扰能力提出更高要求。下一阶段，若能在真实卤水工况下继续验证长期稳定性，并在电极制备工艺、成本控制与模块化装置集成上取得进展，该策略有望为我国盐湖锂资源高效、可持续开发提供更可落地的技术支撑，也为新能源关键原材料保障提供新的路径选择。
在全球新能源产业竞争加剧的当下，核心资源的自主可控能力事关国家战略安全。同济大学这项研究从基础机理到工程应用思路的推进，为解决电化学盐湖提锂中的关键瓶颈提供了新的方案，也表明了科研团队面向重大需求开展攻关的导向。随着技术迭代和产业协同深入深化，我国在关键矿产资源领域的技术积累有望转化为产业发展的持续动能。