研磨舊電池可能會帶來一種低能耗的方式來回收其中使用的鋰和其他金屬。
鋰離子電池存在於我們所有的個人技術中——例如手機、筆記型電腦和無線耳機——並且為電動汽車提供動力。 沒有它們，我們的生活將大相徑庭。
目前，可充電電池中的鋰透過高溫加熱或用濃酸和有機溶劑處理進行回收。關於鋰回收量的估計各不相同，但鋰電池顧問漢斯·埃裡克·梅林 (Hans Eric Melin) 的計算表明，電池中可能只有 15% 的金屬被回收。
關於支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。透過購買訂閱，您將有助於確保未來能夠繼續講述關於發現和塑造我們當今世界的想法的具有影響力的故事。
德國卡爾斯魯厄理工學院的材料科學家 Oleksandr Dolotko 及其同事利用機械化學——透過研磨或研磨產生的機械力引發化學反應——從鋰離子電池中回收鋰。
此類電池包含鋰化合物和其他金屬，例如鈷或鎳。 儘管這些金屬的供應尚未嚴重短缺，但回收利用變得越來越重要，因為作為擺脫化石燃料能源轉型的一部分，電池供電裝置正變得越來越普遍。 歐盟已設定到 2031 年所有電池的鋰回收率達到 80% 的目標。
Dolotko 的團隊開發了兩種提取方法，成功率各不相同。 他們首先從鋰鈷氧化物電池中取出正極材料，並將其與等量的鋁箔混合。 實際電池包含鋁，他們將其用作“集電器”，使電子能夠移出電池。 研究人員使用稱為球磨機的研磨機混合化合物。 3 小時後，鋁與正極材料發生反應，產生不溶性氧化鋁、金屬鈷和水溶性氧化鋰的混合物。
一種稱為水基浸出的分離方法和進一步的純化產生了回收的鋰化合物：碳酸鋰，可用於製造更多電池。
但這些反應僅回收了 30% 的金屬。 “鋰在某處損失了，”Dolotko 說。 因此，Dolotko 的團隊調整了他們的實驗。 第二個版本步驟更少——他們將球磨機出來的混合物用水加熱。 這阻止了不溶性鋁酸鋰的形成，而鋁酸鋰會鎖住鋰。
該團隊使用電池中使用的不同正極材料以及正極的混合物測試了這兩種工藝。 改進後的工藝從正極材料的混合物中回收了 75% 的鋰。
機械化學通常不用於商業化學工藝，而且機械力如何引發化學反應尚不完全清楚，Dolotko 說。 “真的很難說它是如何發生的，”他說。 他認為，可能是過程中特定點的溫度升高，或者摩擦產生了一些中間產物。 但研磨確實促使鋁充當了還原劑，正如他所預料的那樣。
總部位於倫敦的專注於鋰離子電池報廢市場的 Circular Energy Storage 諮詢公司主管 Melin 表示，這種機械化學回收工藝是一項小型實驗室規模的演示，因此是一種原理驗證，而不是一項改變遊戲規則的技術。 他指出，電池回收比僅僅開發一項新技術要複雜得多，而且與原材料的經濟性和電動汽車等電池技術的普及息息相關。
“我們目前的情況是，我們今天真的不知道 2030 年我們需要的鋰將從哪裡來，”梅林說。
Dolotko 說，有機會改進該工藝，他還在努力同時從電池中提取其他金屬，包括鈷和鎳。
本文經許可轉載，並於 首次發表 於 2022 年 3 月 29 日。