日前，萊斯大學材料科學家PulickelAjayan實驗室使用環保的低共熔溶劑從鋰離子電池常用的金屬氧化物中提取有價值的元素。新溶劑可提取粉末狀混合物中90%以上的鈷，盡管每次從舊電池中提取的鈷的含量較少，但不失為舊電池回收的有效方法。研究人員表示，該研究的目標是減少使用苛刻的工藝來回收電池并使其遠離垃圾填埋場。相關成果發布在《NatureEnergy》上。

電池回收示意圖

“可再充電電池浪費，特別是來自鋰離子電池的電池浪費，將來將成為越來越危險的環境挑戰，因為通過它們在電動汽車和其他小配件中的使用對這些電池的需求急劇增加。重要的是回收鈷等有限供應的戰略金屬，這些金屬對這些儲能設備的性能至關重要。從我們目前的塑料現狀中學習的是，現在正是采取全面戰略來回收不斷增長的電池廢棄物的最佳時機。”PulickelAjayan表示。

低共熔溶劑可溶解各種金屬氧化物，低共熔溶劑是兩種或多種化合物的混合物，它們在遠低于其每種前體的溫度下凍結，人們可以從簡單的固體組合中獲得液體。

PulickelAjayan團隊新研發的溶劑由日常用品中氯化膽堿和乙二醇制成，從拆卸LIB開始，將陰極廢料插入DES（低共熔溶劑）中，然后加熱并攪拌。通過溶解發生鈷和鋰離子的提取，并且在該步驟中，當過濾滲濾液時，可以單獨回收鋁箔，粘合劑和導電碳。然后可以通過沉淀或電沉積回收鈷化合物，從而允許再利用這些有價值的材料。

“以前曾嘗試使用酸。它們是有效的，但它們具有腐蝕性，不環保。總的來說，回收鋰離子電池通常很昂貴并且對工人來說是一種風險。”研究生和主要作者KimmaiTran說道。

Tran繼續補充，其他過程也存在缺陷。火法冶金涉及在極端溫度下破碎和混合，有害煙霧需要擦洗。濕法冶金需要腐蝕性化學品，而其他提取金屬離子的“綠色”溶劑通常需要額外的試劑或高溫工藝才能完全捕獲它們。

Tran表示，低共熔溶劑可溶解各種金屬氧化物。“它實際上由雞飼料添加劑和常見的塑料前體制成，當在室溫下混合在一起時，形成清澈，相對無毒的溶液，具有有效的溶劑化性質。”低共熔溶劑是兩種或多種化合物的混合物，它們在遠低于其每種前體的溫度下凍結;人們可以從簡單的固體組合中獲得液體。

KimmaiTran認為，“冷凍和熔點的大幅下降是由于不同化學物質之間形成的氫鍵。通過選擇合適的前體，可以制造具有有趣特性的廉價綠色溶劑。”

當Tran加入時，Rice集團已經在下一代高溫超級電容器中測試共晶溶液作為電解質。然而，賴斯研究科學家和共同作者BabuGanguli說，解決方案是溶解金屬氧化物超級電容器;共晶是從超級電容器的鎳中提取離子。

“我們的團隊正在討論這個問題，我們很快意識到我們可以使用被認為是電解液不利因素，這是溶解和回收廢舊鋰電池的一個優勢。”BabuGanguli表示。

這成為了Tran的焦點，因為她在不同的溫度和時間尺度上測試了金屬氧化物上的低共熔溶劑。在使用鋰鈷氧化物粉末的測試期間，透明溶劑產生寬范圍的藍綠色，表明存在溶解在其中的鈷。

在180攝氏度（356華氏度）下，當滿足某些條件時，溶劑提取了近90％的鋰離子和高達99％的鈷離子。

研究人員制造了小型原型電池，并將電池循環300次，然后將電極暴露在相同的條件下。證明溶劑能夠溶解鈷和鋰，同時將金屬氧化物與電極中存在的其他化合物分離。

他們發現鈷可以通過沉淀或甚至電鍍到共晶溶液中回收到鋼網，因為后一種方法可能允許重復使用深低共熔溶劑本身。

“我們專注于鈷。從資源的角度來看，它是最關鍵的部分。手機中的電池肯定會有很多電池。鋰也是非常有價值的，但鈷尤其不僅環境稀缺，而且從社會的角度來看，也難以獲得。”萊斯校友MarcoRodrigues，現在是阿貢國家實驗室的博士后。

能源部正在加大推進電池回收技術的力度，最近又宣布了一個鋰離子電池回收中心。國家科學基金會通過其研究生研究獎學金計劃支持該研究。