萊斯大學(xué)找到一種更清潔的方式來回收電池

一種由普通材料制成的新型溶劑可以提供更環(huán)保的鋰離子電池回收方式。隨著電動汽車(EV)變得更加主流，回收大量廢舊鋰離子電池的工藝將變得更加重要。目前用于回收EV電池所含有價(jià)值材料的大多數(shù)方法是能量密集的，并且由于用于分解鋰和金屬氧化物的強(qiáng)酸，它們可能引起環(huán)境問題。這就是萊斯大學(xué)新聞稿中描述的新發(fā)展如此有希望的原因。

萊斯團(tuán)隊(duì)使用環(huán)保的低共熔溶劑從大多數(shù)商用鋰離子電池中用作陰極(正極)的金屬氧化物中提取有價(jià)值的元素。據(jù)新聞報(bào)道，“一種低共熔溶劑是兩種或多種化合物的混合物，它們的溫度遠(yuǎn)低于其各自的前體。”Rice研究人員使用的溶劑是由簡單的商品氯化膽堿和乙二醇制成的 - 組合這兩種固體產(chǎn)生液體，該液體用作溶劑以溶解電池材料。

“冷凍和熔點(diǎn)的大幅下降是由于不同化學(xué)物質(zhì)之間形成的氫鍵，”賴斯研究生和材料研究員Kimmai Tran說。“通過選擇合適的前體，可以制造出具有有趣特性的廉價(jià)'綠色'溶劑，”她補(bǔ)充道。

將缺點(diǎn)轉(zhuǎn)化為新用途

當(dāng)Tran加入時(shí)，Rice集團(tuán)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)。“我們試圖在金屬氧化物超級電容器中使用它，它正在溶解它們，”賴斯研究科學(xué)家Babu Ganguli說。“溶液的顏色會發(fā)生變化。”低共熔溶劑是從超級電容器的鎳中提取離子。

“我們的團(tuán)隊(duì)正在討論這個(gè)問題，我們很快就意識到我們可以利用被認(rèn)為是電解液不利的因素來解決和回收廢舊鋰電池，”Ganguli說。根據(jù)賴斯的發(fā)布，“這成為了Tran的焦點(diǎn)，因?yàn)樗诓煌臏囟群蜁r(shí)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)生了廣泛的藍(lán)綠色，表明存在溶解在其中的鈷。

“這種低共熔溶劑的優(yōu)點(diǎn)在于它能溶解各種金屬氧化物，”Tran說。“它實(shí)際上是由一種雞飼料添加劑和一種常見的塑料前體制成的，當(dāng)它們在室溫下混合在一起時(shí)，形成一種清澈，相對無毒的溶液，具有有效的溶劑化性能，”她說。

提取非常有效

據(jù)新聞報(bào)道，在180攝氏度(356華氏度)的溫度下，溶劑提取了近90%的鋰離子，高達(dá)99%的鈷離子來自含有模擬電池材料的化合物的粉末。

研究人員還制造了小型原型電池，并將電池放電300次，然后將電極暴露在新溶劑中。證明溶劑能夠溶解鈷和鋰，同時(shí)將金屬氧化物與存在于電極中的其他化合物分離。“我們專注于鈷，”賴斯校友馬克斯羅德里格斯說，他現(xiàn)在是阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員。“從資源的角度來看，這是最關(guān)鍵的部分。手機(jī)中的電池肯定會有很多電池。鋰也是非常有價(jià)值的，但特別是鈷不僅環(huán)境稀缺，而且從社會的角度來看，很難得到。“

“重要的是回收鈷等戰(zhàn)略性金屬，這些金屬供應(yīng)有限，對這些儲能裝置的性能至關(guān)重要，”材料科學(xué)家Pulickel Ajayan說。“從我們目前的塑料現(xiàn)狀中汲取教訓(xùn)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時(shí)候了，”他補(bǔ)充道。

“我們很可能無法完全回收和替代采礦，”Tran說。“這些技術(shù)相對較新，需要做很多優(yōu)化，例如探索其他的低共熔溶劑，但我們真的相信有更環(huán)保的方法來進(jìn)行骯臟的化學(xué)反應(yīng)?？沙掷m(xù)發(fā)展是我工作的核心，也是我職業(yè)生涯中我想做的事情。“

高級編輯凱文克萊門斯30多年來一直在撰寫有關(guān)能源，汽車和交通主題的文章。他擁有材料工程和環(huán)境教育碩士學(xué)位以及機(jī)械工程博士學(xué)位，專攻空氣動力學(xué)。他在他的工作室里建立了幾個(gè)關(guān)于電動摩托車的世界陸地速度記錄