新回收方法让旧电池“逃离”垃圾场

莱斯大学的研究人员开发了一种对环境友好的废旧电池回收方案。该方案可从废弃的锂离子电池中回收钴和锂。

深共晶溶液从废旧电池中回收钴后，溶液变成了绿色。

随着人们对电子产品需求的快速增长，电子设备使用的锂离子电池开始面临“供过于求”的困境。大量废旧电池只能被拉去垃圾场堆放和掩埋，成为生态环境的“定时炸弹”。techxplore.com网站4月1日报道，《自然•能源》杂志发文称，美国莱斯大学的研究人员Pulickel Ajayan等开发了一种对环境友好的解决方案：主要由氯化胆碱和乙二醇构成的深共晶溶剂对锂离子电池的阴极金属氧化物进行回收。该方法有望显著简化电池的回收利用方案，使废旧电池“逃离”垃圾场——它能从粉末状化合物中提取超过90%的钴。虽然溶剂从废旧电池中提取的钴达不到这个量，但仍然相当可观。

Ajayan说：“随着电动汽车和其他电子产品数量的剧增，可充电电池（尤其是锂离子电池）产生的废料将对环境安全造成巨大威胁。回收钴等战略金属也具有非常重要的现实意义。我们从塑料行业中认识到，是时候制定一个全面的策略来回收不断增长的电池废料了。”莱斯大学研究生、作者Kimmai Tran说：“之前有研究人员尝试用酸来回收电池材料。虽然酸液的效果很好，但它具有腐蚀性，也不环保。其他回收方法也存在很多问题，如高温冶金需要在极端温度下粉碎电池材料，过程中会产生有害气体。湿法冶金需要使用腐蚀性化学物质。溶剂回收法的使用条件又过于苛刻。我们开发的深共晶溶剂实际上是由鸡饲料添加剂和常见的塑料前体组成的，两者在室温下混合，形成透明、低毒的溶液。该溶液能有效溶解多种金属氧化物。”

通过简单的组合，Tran等就获得了深共晶溶剂。她说：“受化学物质间的氢键作用，深共晶溶剂的冰点和熔点会大幅降低。通过选择合适的前驱体，就能制备出各种廉价的‘绿色’溶剂。”此前，莱斯大学的研究人员已经在研究深共晶溶剂在下一代高温超级电容器的应用。莱斯大学研究人员、论文作者Babu Ganguli说：“我们试图在金属氧化物超级电容器中使用深共晶溶剂，但却意外发现溶剂在溶解电容器。通过讨论，我们认为这个对电容器来讲是缺点的性质，有可能成为电池回收的关键。”

这个课题随即成为了Tran的研究重点。她对不同条件下深共晶溶剂对金属氧化物的作用进行了研究。在锂钴氧化物粉末的测试实验中，她发现透明溶剂产生了广泛的蓝绿色光谱，说明钴确实溶解在溶剂中了。而在180摄氏度下，溶剂从粉末中提取了近九成的锂。在特定条件下，钴的提取率可以达到99%。研究人员还制造了小型原型电池，循环使用300次后，将电极置于相同条件下。他们发现，深共晶溶剂能够溶解钴和锂，并且有良好的循环使用性。

莱斯大学校友、阿贡国家实验室博士后研究员Marco Rodrigues说：“废旧电池越来越多。钴和锂具有一定的稀缺性，能重复利用它们是一大福音。”他指出，美国能源部正在大力推进电池回收技术的发展，并于近期成立了锂离子电池回收中心。Tran认为，虽然深共晶溶剂回收法的规模无法与采矿等相提并论，但新技术确实能赋予电池行业更高的环保性。深共晶溶剂技术的相关工作还很多，他们将对已有溶剂进行优化，并对新溶剂展开探索。

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编译：雷鑫宇 

审稿：三水  

责编：唐林芳 

期刊来源：《自然•能源》

期刊编号：2058-7546

原文链接：

https://techxplore.com/news/2019-04-blue-green-solution-recycling-world-batteries.html

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