用垃圾果皮“救活”廢舊電池，南洋理工的科學(xué)家們做到了

人類文明的不斷推進(jìn)給地球帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，全球每年產(chǎn)生 13 億噸食物垃圾和 5000 萬(wàn)噸電子垃圾。

食物垃圾處理起來(lái)比較容易，但是電子垃圾卻往往令人頭痛。廢舊電池通常經(jīng)過(guò)極端加熱（超過(guò) 500°C）進(jìn)行處理，以冶煉出一些貴重的金屬，但是這一過(guò)程往往會(huì)散發(fā)出有害有毒氣體。

近日，新加坡南洋理工大學(xué)的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種新方法，利用果皮廢料從廢舊鋰離子電池中提取出重金屬，并利用這些重金屬制造出新的鋰電池。這項(xiàng)研究的結(jié)果發(fā)表在《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》上。

通過(guò)這種方法處理廢舊電池，不僅可以解決食物垃圾和電子垃圾的問(wèn)題，并且該過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生有害氣體，同時(shí)產(chǎn)生的固體殘留物也被認(rèn)為是無(wú)毒的，這表明該方法對(duì)環(huán)境無(wú)害。南洋理工大學(xué)的研究人員表示，正在做進(jìn)一步的研究，以優(yōu)化這些由回收材料制成的新型電池的充放電循環(huán)性能。

棘手的廢舊電池回收難題

廢舊電池對(duì)環(huán)境影響巨大。科學(xué)調(diào)查表明，一顆普通電池被丟棄在大自然后，可以污染 60 萬(wàn)升水，相當(dāng)于一個(gè)人一生的用水量，而中國(guó)每年要消耗這樣的電池大約 70 億只。

不僅僅是中國(guó)，這樣的問(wèn)題同樣困擾著世界其他地方。因此，世界各地的研究人員都在研究各種處理廢舊電池的方法。

比如目前正在探索使用強(qiáng)酸溶液或弱酸溶液與過(guò)氧化氫提取金屬的替代方法，但這些方法仍會(huì)產(chǎn)生二次污染物，構(gòu)成健康和安全風(fēng)險(xiǎn)，或依賴于危險(xiǎn)且不穩(wěn)定的過(guò)氧化氫進(jìn)行處理。

通過(guò)工業(yè)方法回收產(chǎn)生有害污染物的電池廢料，即利用水作為提取溶劑的濕法冶金方法，正日益作為一種可能的替代方法加以探索。

這一過(guò)程首先將廢舊電池粉碎，形成一種被稱為黑色物質(zhì)的粉碎材料，然后，通過(guò)高溫將其溶解在強(qiáng)酸、弱酸及其他化學(xué)物質(zhì)（如過(guò)氧化氫）的混合物中，從黑色物質(zhì)中提取出有價(jià)值的金屬。

對(duì)于這種方式，南洋理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院和生物科學(xué)學(xué)院的 Dalton Tay 助理教授表示，雖然相對(duì)于傳統(tǒng)方法而言這種方法更為環(huán)保，但是在工業(yè)規(guī)模上使用此類強(qiáng)化學(xué)物質(zhì)可能會(huì)產(chǎn)生大量的二次污染物，構(gòu)成重大的安全和健康風(fēng)險(xiǎn)。

而在這項(xiàng)最新論文中，研究小組發(fā)現(xiàn)，將經(jīng)過(guò)烤箱干燥并磨成粉末的橙皮與柑桔類水果中發(fā)現(xiàn)的一種弱有機(jī)酸——檸檬酸結(jié)合使用，可以達(dá)到相同的目標(biāo)。

低成本、可持續(xù)的方法

在實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)中，研究小組發(fā)現(xiàn)，他們的方法成功地從廢舊鋰離子電池中提取了大約 90％ 的鈷、鋰、鎳和錳，這一效果與使用過(guò)氧化氫的方法相當(dāng)。

論文作者、南洋理工大學(xué)能源研究所 Chor Yong Tay 解釋道，這種方法的關(guān)鍵在于橘皮中的纖維素，在提取過(guò)程中，它被加熱后會(huì)轉(zhuǎn)化為糖。這些糖能促進(jìn)從電池廢料中回收金屬。

橘皮中天然存在的抗氧化劑，如類黃酮和酚酸，也有助于這種增強(qiáng)作用。更為重要的是，這種工藝產(chǎn)生的固體殘留物被發(fā)現(xiàn)是無(wú)毒的，這表明該方法對(duì)環(huán)境無(wú)害。

而且從回收的材料中，該研究團(tuán)隊(duì)組裝出新的鋰離子電池，顯示出與商用電池相似的充電能力。

研究人員表示，這表明新技術(shù)“在工業(yè)意義上回收廢舊鋰電池實(shí)際上是可行的”。進(jìn)一步的研究正在進(jìn)行中，以優(yōu)化這些由回收材料制成的新型電池的充放電循環(huán)性能。

“救活”廢舊電池，意義重大

論文通訊作者之一、南洋理工大學(xué)新加坡 CEA 循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究聯(lián)盟（NTU SCARCE）實(shí)驗(yàn)室的聯(lián)合主任 Madhavi Srinivasan 教授表示“目前電子垃圾的工業(yè)回收過(guò)程是能源密集型的，會(huì)排放有害污染物和液體廢物，這表明隨著電子垃圾數(shù)量的增加，迫切需要一些環(huán)保的方法來(lái)解決這些問(wèn)題。而我們的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明，使用生物可降解物質(zhì)的方法是可行的。”

這些發(fā)現(xiàn)是基于南洋理工大學(xué)能源研究所現(xiàn)有的工作基礎(chǔ)之上得出的。SCARCE 實(shí)驗(yàn)室的建立旨在開(kāi)發(fā)更環(huán)保的電子垃圾回收方式，它也是南洋理工大學(xué)智能校園計(jì)劃的一部分，該計(jì)劃旨在為可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)開(kāi)發(fā)先進(jìn)的技術(shù)解決方案。

Tay 助理教授補(bǔ)充道“在資源匱乏的新加坡，這種從各種廢棄電子中提取有價(jià)值金屬的城市采礦過(guò)程顯得非常重要。通過(guò)這種方法，我們不僅通過(guò)盡可能多地使用這些貴金屬來(lái)解決資源枯竭的問(wèn)題，而且還解決了電子垃圾和食物垃圾的積聚這兩種日益嚴(yán)重的全球危機(jī)。”

由南洋理工大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)科學(xué)小組已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新方法，利用果皮廢料從廢舊鋰離子電池中提取并再利用貴金屬，從而制造出新的電池。Dalton Tay 助理教授（左），Madhavi Srinivasan 教授（右）

Madhavi 教授表示“這種廢物資源化的方法還可能擴(kuò)展到其他類型的富含纖維素的水果和蔬菜廢物中，以及嘗試處理不同的鋰電池類型，例如磷酸鐵鋰和鋰鎳錳鈷氧化物這兩種電池類型。這將有助于我們朝著新的電子垃圾循環(huán)經(jīng)濟(jì)邁進(jìn)一大步，并以更綠色、更可持續(xù)的方式為我們的生活提供動(dòng)力。”

該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在尋求進(jìn)一步提高由該方法處理過(guò)的電池的性能。他們也在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，并探索在生產(chǎn)過(guò)程中日和盡量避免使用酸。

相信在就不久的將來(lái)，廢舊鋰電池的處理對(duì)于人們來(lái)講再也不是一件困難的事情，而地球也將因此避免由鋰電池產(chǎn)生的污染。

排版趙辰霞

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