一种新的废弃锂离子电池回收策略基于中性溶液中的湿法冶金工艺。这种方法以环保、高效、低成本的方式提取锂和其他有价值的金属。通过一种称为电池效应的固-固还原机制以及氨基酸甘氨酸的添加,浸出效率得到了提高。
锂离子电池不仅为我们的手机、平板电脑和电动车提供动力,随着可再生能源的波动性储存需求日益增加,它们的重要性也在不断上升。随着使用越来越广泛,废弃电池的数量也在不断增加。电池的回收前景广阔,能够在提取锂、钴、镍和锰等原材料以生产新的可充电电池的同时减少对环境的影响。目前,废弃锂离子电池的湿法冶金再处理方法主要基于酸或氨浸出工艺。然而,酸和碱的过量和重复使用增加了环境影响和安全隐患。因此,pH中性工艺将更加安全和环保。
为了找到一种中性的方法,来自长沙中南大学的雷鸣和邢鸥团队、贵州师范大学的姚震和国家工程研究中心的黄杰希不得不深入挖掘他们的技巧,因为传统浸出工艺所需的强腐蚀性试剂并不容易替代。
第一个技巧是:他们在现场构建了“微电池”。这些微电池有助于分解废弃的阴极材料——锂涂层镍钴锰氧化物(NCM)。NCM颗粒与铁(II)盐、草酸钠和氨基酸甘氨酸混合在中性液体中。这导致在颗粒上沉积出一层薄薄的固体铁(II)草酸盐。这层“外壳”充当阳极,而NCM核心则充当阴极(电池效应)。这种直接接触使电子转移变得简单。涂层还阻止了不希望的副产品在颗粒上的沉积。电池效应驱动一种电化学反应,其中铁(II)离子被氧化为铁(III)离子,而氧化NCM颗粒中的氧离子被还原为OH–离子与水结合。这会分解NCM层,释放出它们所含的锂、镍、钴和锰离子到溶液中。在第二个技巧中,这些离子被甘氨酸“捕获”在络合物中。甘氨酸还承担着额外的任务:缓冲溶液的pH值,保持中性范围。15分钟内,能够从废弃的阴极中浸出99.99%的锂、96.8%的镍、92.35%的钴和90.59%的锰。
这种中性溶液中的高效浸出可能为实现大规模、环保的废弃电池回收开辟新的途径。几乎没有有害气体产生,甘氨酸的废水可以作为肥料使用。这一过程使用的能量显著减少,成本低于传统方法。