萊斯大學的研究人員開發了一種環境友好的廢舊電池回收方案。
深共晶溶液從廢舊電池中回收鈷後，溶液變成了綠色。
隨著人們對電子產品需求的快速增長，電子設備使用的鋰離子電池開始面臨“供過於求”的困境。大量廢舊電池只能被拉去垃圾場堆放和掩埋，成為生態環境的“定時炸彈”。
techxplore.com網站4月1日報道，《自然·能源》雜誌發文稱，美國萊斯大學（Rice University）的研究人員Pulickel Ajayan等開發了一種環境友好的解決方案：主要由氯化膽鹼和乙二醇構成的深共晶溶劑對鋰離子電池的陰極金屬氧化物進行回收。該方法有望顯著簡化電池的回收利用方案，使廢舊電池“逃離”垃圾場——它能從粉末狀化合物中提取超過90%的鈷。雖然溶劑從廢舊電池中提取的鈷達不到這個量，但仍然相當可觀。
Ajayan說：“隨著電動汽車和其他電子產品數量的劇增，可充電電池（尤其是鋰離子電池）產生的廢料將對環境安全造成巨大威脅。回收鈷等戰略金屬也具有非常重要的現實意義。我們從塑料行業中認識到，是時候制定一個全面的策略來回收不斷增長的電池廢料了。”萊斯大學研究生、作者Kimmai Tran說：“之前有研究人員嘗試用酸來回收電池材料。雖然酸液的效果很好，但它具有腐蝕性，也不環保。其他回收方法也存在很多問題，如高溫冶金需要在極端溫度下粉碎電池材料，過程中會產生有害氣體。溼法冶金需要使用腐蝕性化學物質。溶劑回收法的使用條件又過於苛刻。我們開發的深共晶溶劑實際上是由雞飼料添加劑和常見的塑料前體組成的，兩者在室溫下混合，形成透明、低毒的溶液。該溶液能有效溶解多種金屬氧化物。”
通過簡單的組合，Tran等就獲得了深共晶溶劑。她說：“受化學物質間的氫鍵作用，深共晶溶劑的冰點和熔點會大幅降低。通過選擇合適的前驅體，就能製備出各種廉價的‘綠色’溶劑。”此前，萊斯大學的研究人員已經在研究深共晶溶劑在下一代高溫超級電容器的應用。萊斯大學研究人員、論文作者Babu Ganguli說：“我們試圖在金屬氧化物超級電容器中使用深共晶溶劑，但卻意外發現溶劑在溶解電容器。通過討論，我們認為這個對電容器來講是缺點的性質，有可能成為電池回收的關鍵。”
這個課題隨即成為了Tran的研究重點。她對不同條件下深共晶溶劑對金屬氧化物的作用進行了研究。在鋰鈷氧化物粉末的測試實驗中，她發現透明溶劑產生了廣泛的藍綠色光譜，說明鈷確實溶解在溶劑中了。而在180攝氏度下，溶劑從粉末中提取了近九成的鋰。在特定條件下，鈷的提取率可以達到99%。研究人員還製造了小型原型電池，循環使用300次後，將電極置於相同條件下。他們發現，深共晶溶劑能夠溶解鈷和鋰，並且有良好的循環使用性。
萊斯大學校友、阿貢國家實驗室博士後研究員Marco Rodrigues說：“廢舊電池越來越多。鈷和鋰具有一定的稀缺性，能重複利用它們是一大福音。”他指出，美國能源部正在大力推進電池回收技術的發展，並於近期成立了鋰離子電池回收中心。Tran認為，雖然深共晶溶劑回收法的規模無法與採礦等相提並論，但新技術確實能賦予電池行業更高的環保性。深共晶溶劑技術的相關工作還很多，他們將對已有溶劑進行優化，並對新溶劑展開探索。
期刊編號：2058-7546
原文鏈接：https://techxplore.com/news/2019-04-blue-green-solution-recycling-world-batteries.html
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