研磨旧电池可能会带来一种低能耗的方式来回收其中使用的锂和其他金属。
锂离子电池存在于我们所有的个人技术中——例如手机、笔记本电脑和无线耳机——并且为电动汽车提供动力。 没有它们，我们的生活将大相径庭。
目前，可充电电池中的锂通过高温加热或用浓酸和有机溶剂处理进行回收。关于锂回收量的估计各不相同，但锂电池顾问汉斯·埃里克·梅林 (Hans Eric Melin) 的计算表明，电池中可能只有 15% 的金属被回收。
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德国卡尔斯鲁厄理工学院的材料科学家 Oleksandr Dolotko 及其同事利用机械化学——通过研磨或研磨产生的机械力引发化学反应——从锂离子电池中回收锂。
此类电池包含锂化合物和其他金属，例如钴或镍。 尽管这些金属的供应尚未严重短缺，但回收利用变得越来越重要，因为作为摆脱化石燃料能源转型的一部分，电池供电设备正变得越来越普遍。 欧盟已设定到 2031 年所有电池的锂回收率达到 80% 的目标。
Dolotko 的团队开发了两种提取方法，成功率各不相同。 他们首先从锂钴氧化物电池中取出正极材料，并将其与等量的铝箔混合。 实际电池包含铝，他们将其用作“集电器”，使电子能够移出电池。 研究人员使用称为球磨机的研磨机混合化合物。 3 小时后，铝与正极材料发生反应，产生不溶性氧化铝、金属钴和水溶性氧化锂的混合物。
一种称为水基浸出的分离方法和进一步的纯化产生了回收的锂化合物：碳酸锂，可用于制造更多电池。
但这些反应仅回收了 30% 的金属。 “锂在某处损失了，”Dolotko 说。 因此，Dolotko 的团队调整了他们的实验。 第二个版本步骤更少——他们将球磨机出来的混合物用水加热。 这阻止了不溶性铝酸锂的形成，而铝酸锂会锁住锂。
该团队使用电池中使用的不同正极材料以及正极的混合物测试了这两种工艺。 改进后的工艺从正极材料的混合物中回收了 75% 的锂。
机械化学通常不用于商业化学工艺，而且机械力如何引发化学反应尚不完全清楚，Dolotko 说。 “真的很难说它是如何发生的，”他说。 他认为，可能是过程中特定点的温度升高，或者摩擦产生了一些中间产物。 但研磨确实促使铝充当了还原剂，正如他所预料的那样。
总部位于伦敦的专注于锂离子电池报废市场的 Circular Energy Storage 咨询公司主管 Melin 表示，这种机械化学回收工艺是一项小型实验室规模的演示，因此是一种原理验证，而不是一项改变游戏规则的技术。 他指出，电池回收比仅仅开发一项新技术要复杂得多，而且与原材料的经济性和电动汽车等电池技术的普及息息相关。
“我们目前的情况是，我们今天真的不知道 2030 年我们需要的锂将从哪里来，”梅林说。
Dolotko 说，有机会改进该工艺，他还在努力同时从电池中提取其他金属，包括钴和镍。
本文经许可转载，并于 首次发表 于 2022 年 3 月 29 日。