新技术有效回收锂电池废料 污染小效益高

Daphane

來源:大紀元




美国莱斯大学将废弃锂电池放入特制的DES溶剂后，再用微波辐射加热，让溶剂快速选择废料中的锂金属。图为可用USB进行充电的锂电池。(David Mcnew/AFP)

【大纪元2024年08月21日讯】（大纪元专题部记者吴瑞昌编译报导）人们对于锂金属的需求不断增加，但开采、提炼、回收锂金属都会对环境造成污染，若使用对环境友善的回收方法，则存在效益低下的问题。近期，美国一大学研发出一种高效、低耗能的方法回收锂，可减少化学回收造成的污染。

锂电池上最关键的是锂金属，这些东西用于电子产品、电动车，甚至到电网的储能系统上。据一些统计数字显示，2023年全球锂电池的市场价值估计为500亿到600亿美元左右，且预计十年后成长至1,000多亿美元。

不过，随着锂电池市场不断扩大，可能造成电池中常用的锂（Li）、钴（Co）和镍（Ni）金属出现供应短缺的问题。因此一些人将目标转向废弃的锂电池，希望能从中回收金属进行再利用。

尽管传统的锂电池回收方法在经济上可行，但使用的浸出剂是浓酸、强还原剂或腐蚀剂，容易对环境造成污染，而过去使用对环境负担较小的低共熔溶剂（DES）进行湿式冶金回收的方法只能回收不到5%的锂，不符合经济效益。因此，大多回收业者将目标集中在钴、镍等过渡金属上。

今年6月底，《先进功能材料》上发表了一项新的研究成果：美国莱斯大学（Rice University）将废弃的锂电池放入特制的DES溶剂后，再用微波辐射加热，让溶剂能够快速选择性地回收锂金属。

研究团队之所以选用DES溶剂，是因为它可以从不同的样品中萃取并分离出不同的目标成分，具有对环境友好、制备简单、成本低、易生物降解等优点。

研究人员拿氯化胆碱（ChCl）、乙二醇（EG），以3比2的比例制成的DES溶剂，再用微波辐射作为加热辅助，只需30秒就能萃取锂金属，效率高达50%；在30分钟内，萃取率接近100%。

之所以选用氯化胆碱和乙二醇，是因为乙二醇可以让钴、镍氧化物形成氢键，再与氯化胆碱中的氯离子形成可溶性氯金属酸盐化合物。

另外，氯化胆碱具有善于吸收微波的特性，因此研究人员将电池废料浸入溶剂中时，藉由微波辅助加热，达到缩短溶液与电池废料的反应时间，让其能在30秒内快速萃取锂，且过程中无需使用额外的还原剂。

此外，微波辐射热效应还减少了颗粒聚集，促进了大孔和裂缝的形成，增加电池废料和DES溶剂之间的接触面积使金属萃取加速。

研究人员发现，这种基于微波的工艺与油浴等传统加热方法相比，只需要15分钟就能达到87%的萃取率，而油浴加热则需要16到18小时才能达到相同的回收率。

他们还发现，使用基于微波的工艺，反应持续30分钟，锂、钴、镍浸出效率分别为96.6%、37.2%和31.5%。若该方法在160°C到180°C时，也能保持锂萃取的选择性，但220°C时的表现更良好。

这种快速微波方法不仅减少时间和能量消耗，提高回收效率，还防止了DES因长时间加热，导致过快的降解问题并提高其循环寿命，有助于改善锂电池回收的经济性和对环境的影响，并提供可持续的解决方案。

这种方法还可以应用于具有不同成分的DES系统，以尝试快速提取其它种类的金属，让DES系统被赋予对特定金属的选择性。

论文的主要作者之一、莱斯大学博士生萨尔玛‧阿尔哈希姆（Salma Alhashim）表示：“目前锂电池的回收率低下，原因在于电池废料中的其它金属会先沉淀，最后才是锂金属沉淀。这里我们用氯化胆碱和乙二醇混合出DES溶剂，让锂金属被氯化胆碱中的氯离子包围后，能够快速萃取出来。”