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在新能源需求增长的背景下，锂资源提取备受关注。研究人员针对从稀溶液中提取锂离子的问题，以 ESIX 系统为研究对象，分析流动力学、电场和离子传输的相互作用。发现腔室宽度、溶液流场影响锂离子提取，二者存在协同效应。为 ESIX 技术发展提供参考。
随着全球碳中性目标的推进，新能源领域发展迅猛，锂离子电池在新能源汽车、智能电网等诸多领域的应用越来越广泛，这使得市场对锂资源的需求急剧攀升，每年以 20% 的速度增长。目前，锂资源开发主要集中在锂辉石矿（硬岩矿）和盐湖卤水，中国近 80% 的锂资源都在青海和西藏的盐湖中。从盐湖卤水中提取锂的方法众多，其中电化学方法凭借高选择性、低能耗和高效率的优势脱颖而出，与当下的碳中和政策高度契合。
电化学切换离子交换（ESIX）技术是将电化学方法与传统离子交换技术相结合的新型离子分离技术，在锂离子回收领域前景广阔。然而，目前该技术的研究主要聚焦在电活性离子交换功能膜等方面，对于锂离子在 ESIX 系统中的传输过程，以及流体动力学和电场如何协同影响锂离子提取的机制，还缺乏深入研究。为了解决这些问题，来自国内的研究人员开展了相关研究，旨在揭示 ESIX 系统中锂离子提取过程的奥秘，其研究成果发表在《Chinese Journal of Chemical Engineering》上，这一研究成果为 ESIX 技术在盐湖卤水提锂领域的发展提供了重要参考。
研究人员采用了建立数学模型并进行数值分析的技术方法。他们通过建立一个综合模型，将由电活性位点浓度修正的 Butler–Volmer 方程、Nernst–Planck 方程和 Navier–Stokes 方程相结合，以此来模拟 ESIX 系统中锂离子的提取过程。该模型的输入参数均来源于实验参数，并利用已有实验数据进行了验证，确保了模型的有效性。
Li+提取性能研究
研究人员探究了腔室宽度对 Li+提取性能的影响。研究发现，稀溶液腔室的宽度是影响 ESIX 系统锂提取性能的关键因素。腔室宽度决定了溶液相的电阻，进而影响电极间的电位分布，改变膜内电流分布。较窄的腔室能够增加膜固相中的电流密度，从而增强 Li+的提取效果。
溶液流场的作用
溶液流场不仅能增强对流传输，还可以提高膜固相中的电流密度，促进 Li+的提取。研究表明，流场和电场在离子分离过程中存在协同效应，但这种协同效应只有在腔室宽度大于 2mm 时才显著。这一协同机制与电容去离子（CDI）系统中的机制有所不同。
综合上述研究结果可知，该研究建立的综合模型全面分析了 ESIX 系统中锂离子提取过程中流体动力学、电场和离子传输之间的相互作用。明确了腔室宽度对锂提取性能的影响机制，揭示了溶液流场在促进锂离子提取方面的重要作用，以及流场和电场之间的协同效应及其独特机制。这一研究成果为优化 ESIX 系统的设计和运行提供了理论依据，有助于提高盐湖卤水提锂的效率，推动 ESIX 技术在锂资源提取领域的实际应用，对缓解锂资源短缺问题具有重要的现实意义。同时，该研究也为后续相关领域的研究提供了新的思路和方法，有望进一步推动锂资源提取技术的发展。
