物理化学学报 >> 2025, Vol. 41 >> Issue (8): 100089.doi: 10.1016/j.actphy.2025.100089
所属专题: 电化学分离与资源化
陈泽秋1,†, 蔡黎淼1,†, 关杰1, 李瞻洋1, 王昊2, 郭耀广1,*(
), 徐兴涛3,*(
), 潘丽坤2,4,*(
)
收稿日期:2025-01-17
修回日期:2025-04-03
录用日期:2025-04-07
发布日期:2025-06-07
通讯作者:
Email: ygguo@sspu.edu.cn (郭耀广)lkpan@phy.ecnu.edu.cn (潘丽坤)xingtao.xu@zjou.edu.cn (徐兴涛)
作者简介:†These authors contributed equally to this work.
基金资助:
Zeqiu Chen1, Limiao Cai1, Jie Guan1, Zhanyang Li1, Hao Wang2, Yaoguang Guo1,*(
), Xingtao Xu3,*(
), Likun Pan2,4,*(
)
Received:2025-01-17
Revised:2025-04-03
Accepted:2025-04-07
Published:2025-06-07
Contact:
Email: ygguo@sspu.edu.cn (Yaoguang Guo)lkpan@phy.ecnu.edu.cn (Likun Pan)xingtao.xu@zjou.edu.cn (Xingtao Xu)
Supported by:摘要:
随着新能源领域对锂资源需求的持续增长,开发高效的锂提取技术变得及其重要。然而,由于其高能耗和可能引发的二次污染问题,传统的锂提取和回收技术具有实际应用和发展的局限性。电容去离子(CDI)技术作为一种新兴的锂提取技术,在效率、成本效益和能源消耗方面展现出巨大的潜力。本综述从文献计量入手,剖析了CDI提锂的关键研究主题,进而全面总结了在CDI提锂技术中电极材料的最新进展,并探讨了使用这些材料构建的各种CDI系统类型。本研究详细阐明了CDI系统中用于锂资源回收的主要电极材料——水系锂离子电极材料(包括LiFePO4、LiMn2O4、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等)及其修饰材料(包括碳纳米管、石墨烯、MOF等)。此外,本文讨论了通过不同的电容去离子(CDI)系统提高锂提取效率,并评估了各种先进电极材料在这些系统中的性能。文末强调了机器学习在CDI提锂领域的应用潜力,并期望本研究将为未来开发基于CDI的高效锂提取系统提供坚实的理论基础和实践指导。
陈泽秋, 蔡黎淼, 关杰, 李瞻洋, 王昊, 郭耀广, 徐兴涛, 潘丽坤. 电容去离子提锂技术中电极材料的研究进展[J]. 物理化学学报, 2025, 41(8), 100089. doi: 10.1016/j.actphy.2025.100089
Zeqiu Chen, Limiao Cai, Jie Guan, Zhanyang Li, Hao Wang, Yaoguang Guo, Xingtao Xu, Likun Pan. Advanced electrode materials in capacitive deionization for efficient lithium extraction[J]. Acta Phys. -Chim. Sin. 2025, 41(8), 100089. doi: 10.1016/j.actphy.2025.100089
表2
"
| Methods | Cathode | Anode | Adsorption capacity | Separation factor | Selectivity factor | Energy consumption | Ref. |
| MCDI | LMO/LAO | Active carbon | 900 μmol·g−1 | 0.67 kWh∙m−3 | [ | ||
| LMO | Active carbon | 0.35 μmol·g−1 | 23.3 Wh∙g−1 | [ | |||
| Active carbon | Active carbon | SLi/Mg = 2.95 | 0.0018 kWh∙mol−1 | [ | |||
| HCDI | LMO/GO | Active carbon | 720.2 μmol·g−1 | [ | |||
| GO/La-LMO | Active carbon | 1.33 mmol·g−1 | [ | ||||
| CNTs-LMO | Active carbon | 11.11 mg·g−1 | 3.6 Wh∙mol−1 | [ | |||
| λ-MnO2 | Active carbon | 18.1 mg·g−1 | 0.99 Wh∙mol−1 | [ | |||
| rGO/LMO | Active carbon | 4.34 mmol·g−1 | [ | ||||
| LMTO | Active carbon (AEM) | 28.6 mg·g−1 | 1.54–12.10 Wh∙mol−1 | [ | |||
| FCDI | Nanoporous Active carbon (CEM) | Nanoporous Active carbon (AEM) | [ | ||||
| (CEM) | (AEM) | SLi/Na = 141 ± 5.85 SLi/K = 46 ± 1.46 | 16.70 ± 1.63 kWh∙kg−1 | [ | |||
| RCDI | Li1-xMn2O4 | LiMn2O4 | 18 mg·g−1 | FMg/Li from 147.8 to 0.37 | SLi/Na = 5.94 SLi/K = 9.16 SLi/Mg = 42.95 SLi/Al = 73.93 | [ | |
| LiMn2O4 | Li1-xMn2O4 | 34.69 mg·g−1 | 6.76 Wh∙mol−1 | [ | |||
| FePO4 | LiFePO4 | 32 mg·g−1 | FMg/Li from 48.4 to 0.5 | [ | |||
| NaFePO4 | FePO4 | SLi/Na = 18000 | [ |
| 1 |
doi: 10.1038/s41467-020-18402-y |
| 2 |
doi: 10.1080/08827508.2022.2117172 |
| 3 |
doi: 10.1038/s41598-021-99912-7 |
| 4 |
doi: 10.1007/s11837-013-0666-4 |
| 5 |
doi: 10.31035/cg2022088 |
| 6 |
doi: 10.1016/j.seppur.2020.117807 |
| 7 |
doi: 10.31035/cg2023061 |
| 8 |
doi: 10.1016/j.desal.2022.115611 |
| 9 |
doi: 10.1039/c7ew00020k |
| 10 |
doi: 10.1016/j.watres.2022.118822 |
| 11 |
doi: 10.1016/j.mineng.2019.105868 |
| 12 |
doi: 10.1021/ie502749n |
| 13 |
doi: 10.1016/j.hydromet.2018.01.005 |
| 14 |
doi: 10.1016/j.hydromet.2017.04.007 |
| 15 |
doi: 10.1016/j.desal.2022.116225 |
| 16 |
doi: 10.1016/j.watres.2003.11.008 |
| 17 |
doi: 10.1016/j.desal.2013.03.009 |
| 18 |
doi: 10.1016/j.desal.2019.114081 |
| 19 |
doi: 10.1595/205651317x696676 |
| 20 |
doi: 10.1016/j.desal.2022.115951 |
| 21 |
doi: 10.1002/adma.201905440 |
| 22 |
doi: 10.1016/j.rser.2021.111813 |
| 23 |
doi: 10.1021/acs.iecr.3c03744 |
| 24 |
doi: 10.1016/j.pnsc.2020.01.017 |
| 25 |
doi: 10.1016/j.ccr.2024.215835 |
| 26 |
doi: 10.1016/j.watres.2018.11.064 |
| 27 |
doi: 10.1016/j.desal.2021.114930 |
| 28 |
doi: 10.1016/j.desal.2024.118035 |
| 29 |
doi: 10.1002/smll.202401214 |
| 30 |
doi: 10.1016/j.seppur.2024.129423 |
| 31 |
doi: 10.1016/j.ensm.2024.103710 |
| 32 |
doi: 10.1039/d3qi01705b |
| 33 |
doi: 10.1016/j.carbon.2018.01.035 |
| 34 |
doi: 10.1016/j.desal.2024.118450 |
| 35 |
doi: 10.1016/j.desal.2020.114883 |
| 36 |
doi: 10.3390/su142114429 |
| 37 |
doi: 10.1016/j.efmat.2023.11.001 |
| 38 |
doi: 10.1002/wics.89 |
| 39 |
doi: 10.1016/j.desal.2022.115562 |
| 40 |
doi: 10.1016/j.desal.2023.117107 |
| 41 |
doi: 10.1016/j.hydromet.2018.05.001 |
| 42 |
doi: 10.1007/s12665-017-6885-1 |
| 43 |
doi: 10.1080/08827508.2022.2047041 |
| 44 |
doi: 10.1016/j.desal.2007.05.016 |
| 45 |
doi: 10.16/jdesal.2015.020 |
| 46 |
doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.378.318 |
| 47 |
doi: 10.1016/j.desal.2014.10.043 |
| 48 |
doi: 10.1016/j.memsci.2005.12.001 |
| 49 |
doi: 10.21/ba-1960-0027.ch020 |
| 50 |
doi: 10.1149/1.2408094 |
| 51 |
doi: 10.1038/s41578-020-0193-1 |
| 52 |
doi: 10.1016/j.hydromet.2017.09.005 |
| 53 |
doi: 10.1039/c2ee22977c |
| 54 |
doi: 10.1016/j.jwpe.2022.102786 |
| 55 |
doi: 10.1016/j.cej.2024.153808 |
| 56 |
doi: 10.1039/d4mh00773e |
| 57 |
doi: 10.1016/j.seppur.2022.121510 |
| 58 |
doi: 10.1016/j.seppur.2023.125084 |
| 59 |
doi: 10.1038/s41578-021-00314-y |
| 60 |
doi: 10.3390/membranes12050459 |
| 61 |
doi: 10.1016/j.cej.2021.131680 |
| 62 |
doi: 10.3390/en16031136 |
| 63 |
doi: 10.1016/j.cej.2023.147986 |
| 64 |
doi: 10.1016/j.jwpe.2023.104379 |
| 65 |
doi: 10.1016/j.desal.2023.116652 |
| 66 |
doi: 10.1016/j.seppur.2024.129285 |
| 67 |
doi: 10.1002/adfm.202414805 |
| 68 |
doi: 10.1016/j.cej.2024.148923 |
| 69 |
doi: 10.1016/j.desal.2023.116569 |
| 70 |
doi: 10.1021/acs.est.9b07646 |
| 71 |
doi: 10.1016/j.matt.2022.04.034 |
| 72 |
doi: 10.1038/nchem.763 |
| 73 |
doi: 10.1038/35104644 |
| 74 |
doi: 10.1016/j.hydromet.2012.11.013 |
| 75 |
doi: 10.1016/0025-5408(84)90088-6 |
| 76 |
doi: 10.1007/s12274-023-6121-0 |
| 77 |
doi: 10.1080/01496399308019512 |
| 78 |
doi: 10.1016/j.desal.2021.115112 |
| 79 |
doi: 10.1016/j.seppur.2020.118009 |
| 80 |
doi: 10.1016/j.jallcom.2008.06.123 |
| 81 |
doi: 10.3390/batteries8110225 |
| 82 |
doi: 10.1016/j.cej.2018.05.030 |
| 83 |
doi: 10.1002/adma.201800863 |
| 84 |
doi: 10.1002/adma.201505918 |
| 85 |
doi: 10.1007/s40843-023-2526-8 |
| 86 |
doi: 10.1002/eem2.12586 |
| 87 |
doi: 10.1016/j.jpowsour.2015.05.027 |
| 88 |
doi: 10.1016/j.electacta.2016.10.137 |
| 89 |
doi: 10.1016/j.electacta.2017.02.161 |
| 90 |
doi: 10.1016/j.electacta.2019.135314 |
| 91 |
doi: 10.1038/s41598-019-53195-1 |
| 92 |
doi: 10.1016/j.ceramint.2019.02.180 |
| 93 |
doi: 10.1016/j.jpcs.2019.109303 |
| 94 |
doi: 10.1002/advs.201700786 |
| 95 |
doi: 10.1002/smtd.202200508 |
| 96 |
doi: 10.1016/j.desal.2023.117154 |
| 97 |
doi: 10.1016/j.desal.2020.114360 |
| 98 |
doi: 10.1016/j.jcis.2021.12.181 |
| 99 |
doi: 10.1002/anie.202106259 |
| 100 |
doi: 10.1038/s41467-019-13648-7 |
| 101 |
doi: 10.1039/c6cs00426a |
| 102 |
doi: 10.1039/c9sc03916c |
| 103 |
doi: 10.1016/j.rser.2024.114520 |
| 104 |
doi: 10.1002/aenm.201801257 |
| 105 |
doi: 10.1039/c7ta08268a |
| 106 |
doi: 10.1016/j.desal.2022.116201 |
| 107 |
doi: 10.1016/j.desal.2024.117403 |
| 108 |
doi: 10.1016/j.watres.2019.114904 |
| 109 |
doi: 10.1016/j.desal.2024.118195 |
| 110 |
doi: 10.1016/j.seppur.2018.09.006 |
| 111 |
doi: 10.1007/s10008-023-05461-6 |
| 112 |
doi: 10.1016/j.seppur.2024.127693 |
| 113 |
doi: 10.1021/acsaem.1c02654 |
| 114 |
doi: 10.1016/j.cej.2024.148802 |
| 115 |
doi: 10.1016/j.desal.2022.115569 |
| 116 |
doi: 10.3390/en12152913 |
| 117 |
doi: 10.1016/j.memlet.2023.100059 |
| 118 |
doi: 10.1016/j.desal.2021.114935 |
| 119 |
doi: 10.1016/j.desal.2022.115767 |
| 120 |
doi: 10.1002/gch2.201700079 |
| 121 |
doi: 10.1016/j.joule.2020.05.017 |
| 122 |
doi: 10.1039/c3ee42209g |
| 123 |
doi: 10.1016/j.watres.2015.08.012 |
| 124 |
doi: 10.1016/j.desal.2016.09.016 |
| 125 |
doi: 10.1016/j.desal.2006.01.011 |
| 126 |
doi: 10.5004/dwt.2017.20431 |
| 127 |
doi: 10.1039/c4ee02378a |
| 128 |
doi: 10.1016/j.ccr.2024.215923 |
| 129 |
doi: 10.1016/j.seppur.2017.11.045 |
| 130 |
doi: 10.1016/j.seppur.2019.116234 |
| 131 |
doi: 10.1016/j.seppur.2020.116660 |
| 132 |
doi: 10.1039/c3ee24443a |
| 133 |
doi: 10.1149/2.0761603jes |
| 134 |
doi: 10.1016/j.desal.2015.08.013 |
| 135 |
doi: 10.1016/j.desal.2024.117850 |
| 136 |
doi: 10.1039/d0ta09531a |
| 137 |
doi: 10.1016/j.cej.2023.146676 |
| 138 |
doi: 10.1016/j.watres.2024.122374 |
| 139 |
doi: 10.1016/j.desal.2023.116715 |
| 140 |
doi: 10.1039/d3ta07069g |
| 141 |
doi: 10.1021/acsami.7b02712 |
| 142 |
doi: 10.1039/c8ta04813d |
| 143 |
doi: 10.1016/j.desal.2021.115197 |
| 144 |
doi: 10.1016/j.watres.2022.119349 |
| 145 |
doi: 10.1016/j.desal.2022.115992 |
| 146 |
doi: 10.1021/acsestengg.4c00142 |
| 147 |
doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.159158 |
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