萊斯大學(xué)用環(huán)保低共熔溶劑從電池中浸出鈷鋰

萊斯大學(xué)材料科學(xué)家Pulickel Ajayan實驗室使用環(huán)保的低共熔溶劑從鋰離子電池常用的金屬氧化物中提取有價值的元素。研究人員表示，目標(biāo)是減少使用苛刻的工藝來回收電池并使其遠(yuǎn)離垃圾填埋場。

由商品氯化膽堿和乙二醇制成的溶劑從粉末化合物中提取了90％以上的鈷，從廢舊電池中提取的含量較少，但相比目前其他提取技術(shù)多了。成果發(fā)布在《Nature Energy》上。

電池回收示意圖

從拆卸LIB開始，將陰極廢料插入DES（低共熔溶劑）中，然后加熱并攪拌。通過溶解發(fā)生鈷和鋰離子的提取，并且在該步驟中，當(dāng)過濾滲濾液時，可以單獨回收鋁箔，粘合劑和導(dǎo)電碳。然后可以通過沉淀或電沉積回收鈷化合物，從而允許再利用這些有價值的材料。

“可再充電電池浪費，特別是來自鋰離子電池的電池浪費，將來將成為越來越危險的環(huán)境挑戰(zhàn)，因為通過它們在電動汽車和其他小配件中的使用對這些電池的需求急劇增加。重要的是回收鈷等有限供應(yīng)的戰(zhàn)略金屬，這些金屬對這些儲能設(shè)備的性能至關(guān)重要。從我們目前的塑料現(xiàn)狀中學(xué)習(xí)的是，現(xiàn)在正是采取全面戰(zhàn)略來回收不斷增長的電池廢棄物的最佳時機?！?Pulickel Ajayan表示。

“以前曾嘗試使用酸。它們是有效的，但它們具有腐蝕性，不環(huán)保?？偟膩碚f，回收鋰離子電池通常很昂貴并且對工人來說是一種風(fēng)險?！毖芯可椭饕髡逰immai Tran說道。

Tran繼續(xù)補充，其他過程也存在缺陷?；鸱ㄒ苯鹕婕霸跇O端溫度下破碎和混合，有害煙霧需要擦洗。濕法冶金需要腐蝕性化學(xué)品，而其他提取金屬離子的“綠色”溶劑通常需要額外的試劑或高溫工藝才能完全捕獲它們。

Tran表示，低共熔溶劑可溶解各種金屬氧化物?！八鼘嶋H上由雞飼料添加劑和常見的塑料前體制成，當(dāng)在室溫下混合在一起時，形成清澈，相對無毒的溶液，具有有效的溶劑化性質(zhì)。”

低共熔溶劑是兩種或多種化合物的混合物，它們在遠(yuǎn)低于其每種前體的溫度下凍結(jié); 人們可以從簡單的固體組合中獲得液體。

Kimmai Tran認(rèn)為，“冷凍和熔點的大幅下降是由于不同化學(xué)物質(zhì)之間形成的氫鍵。通過選擇合適的前體，可以制造具有有趣特性的廉價綠色溶劑?！?/p>

當(dāng)Tran加入時，Rice集團已經(jīng)在下一代高溫超級電容器中測試共晶溶液作為電解質(zhì)。然而，賴斯研究科學(xué)家和共同作者Babu Ganguli說，解決方案是溶解金屬氧化物超級電容器; 共晶是從超級電容器的鎳中提取離子。

“我們的團隊正在討論這個問題，我們很快意識到我們可以使用被認(rèn)為是電解液不利因素，這是溶解和回收廢舊鋰電池的一個優(yōu)勢?！薄狟abu Ganguli

這成為了Tran的焦點，因為她在不同的溫度和時間尺度上測試了金屬氧化物上的低共熔溶劑。在使用鋰鈷氧化物粉末的測試期間，透明溶劑產(chǎn)生寬范圍的藍(lán)綠色，表明存在溶解在其中的鈷。

在180攝氏度（356華氏度）下，當(dāng)滿足某些條件時，溶劑提取了近90％的鋰離子和高達(dá)99％的鈷離子。

研究人員制造了小型原型電池，并將電池循環(huán)300次，然后將電極暴露在相同的條件下。證明溶劑能夠溶解鈷和鋰，同時將金屬氧化物與電極中存在的其他化合物分離。

他們發(fā)現(xiàn)鈷可以通過沉淀或甚至電鍍到共晶溶液中回收到鋼網(wǎng)，因為后一種方法可能允許重復(fù)使用深低共熔溶劑本身。

“我們專注于鈷。從資源的角度來看，它是最關(guān)鍵的部分。手機中的電池肯定會有很多電池。鋰也是非常有價值的，但鈷尤其不僅環(huán)境稀缺，而且從社會的角度來看，也難以獲得。”萊斯校友Marco Rodrigues，現(xiàn)在是阿貢國家實驗室的博士后。

能源部正在加大推進(jìn)電池回收技術(shù)的力度，最近又宣布了一個鋰離子電池回收中心。國家科學(xué)基金會通過其研究生研究獎學(xué)金計劃支持該研究。