新方法从废旧电池中提取电池级氢氧化锂

随着全球快速向电动汽车转型，如何处理日益增多的废旧电池组成为紧迫问题。锂作为这些电池的关键成分，开采和提炼成本高且困难，且清洁回收一直是挑战。传统回收方法主要依赖冶炼或强酸化学处理，通常产生碳酸锂而非更理想的氢氧化锂。碳酸锂还需进一步转化才能被电池制造商再利用，增加了额外步骤、成本和废料。\n\n莱斯大学的一组工程师提出了一个新思路：为何不采用电池充电时释放锂的方式来回收锂？这一洞见催生了一种新方法，跳过了传统的高温或强酸处理。他们的工艺使用电化学反应器，模拟电池自身的化学过程，通过施加电流从废旧正极材料（如磷酸铁锂）中提取锂离子。这些锂离子通过薄膜进入水中，立即与对极产生的氢氧根离子反应，生成高纯度氢氧化锂，无需额外化学品。\n\n该方法优雅之处在于仅用电、水和电池废料（俗称黑质）即可直接生产氢氧化锂。工艺能效高，能耗低至每公斤黑质103千焦，约为传统酸浸法的十分之一（不含后续处理能耗）。重要的是，团队不仅做了实验室规模测试，还对一个20平方厘米的小型反应器进行了1000小时耐久测试，成功处理了由道达尔能源提供的57克工业黑质。\n\n产出的氢氧化锂纯度超过99%，锂回收率接近90%。该技术对多种电池化学体系均表现良好，包括锰酸锂和多种镍锰钴混合物。团队还演示了卷对卷工艺，直接处理带有铝箔基底的整张磷酸铁锂电极，无需刮除或预处理。该演示表明该技术可集成到自动化电池拆解线上，使回收更高效。\n\n展望未来，团队计划通过堆叠反应器扩大处理规模，提高单次黑质负载量，开发更优异的疏水膜，并改进氢氧化锂的浓缩和结晶后处理步骤，以进一步降低能耗和排放。研究人员相信，解决这些挑战后，锂回收将更清洁、更简便、更可持续，从而强化新电池供应链。\n\n他们的成果近期发表在《Joule》期刊上，标志着电池回收技术的重要进步。这一创新不仅缩短了锂回归新电动汽车电池的路径，还减少了废弃物和环境影响，为全球清洁能源存储需求增长提供了有前景的解决方案。