從廢料中挖掘更多價(jià)值：等離子體回收95%金屬，并讓石墨重生

萊斯大學(xué)研究人員利用微波等離子體，幾乎能回收所有電池金屬，從而實(shí)現(xiàn)更清潔、更高效的回收。

萊斯大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種新方法，利用基于微波的短時(shí)處理，從廢棄的鋰離子電池中回收有價(jià)值的材料，這有望同時(shí)解決供應(yīng)短缺和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)問題。

電池中使用的關(guān)鍵礦物儲(chǔ)量有限且在全球分布不均，這使得供應(yīng)鏈?zhǔn)执嗳酢Ｅc此同時(shí)，大多數(shù)廢舊電池未被回收，最終被填埋，可能泄漏有害化學(xué)物質(zhì)。

參與該研究的博士生高塔姆·錢德拉塞卡表示："回收廢舊電池是解決這一緊張供應(yīng)鏈最切實(shí)可行的方案，但研究表明，目前只有不到10%的電池廢料得到回收。"

為了彌補(bǔ)這一缺口，該團(tuán)隊(duì)引入了一種微波誘導(dǎo)等離子體預(yù)處理技術(shù)，該技術(shù)能夠在相對(duì)溫和的條件下，從電池廢料中高效回收金屬。

等離子體提升金屬回收率

該工藝是將粉碎的電池材料（即所謂的"黑色物質(zhì)"）暴露在通電氣體或等離子體中約15分鐘。這一步會(huì)改變金屬化合物的結(jié)構(gòu)，使其更易于提取。

錢德拉塞卡說："通過等離子體預(yù)處理，僅使用不高于檸檬酸酸度的酸，就能從電池黑色物質(zhì)中回收近95%的金屬，包括鋰。"

等離子體處理步驟之后，這些材料在室溫下用檸檬酸進(jìn)行處理，無需高溫或強(qiáng)工業(yè)化學(xué)品。鋰則進(jìn)一步通過水來回收，從而簡(jiǎn)化了整個(gè)流程。

傳統(tǒng)的回收方法依賴高能耗步驟和刺激性化學(xué)品，通常主要側(cè)重于回收正極材料，而忽略其他組分。

該研究的合著者、助理研究教授張翔表示："當(dāng)今使用的工業(yè)電池回收工藝金屬提取效率非常低，并且主要聚焦于正極。"

石墨回收取得突破

這種新方法的關(guān)鍵進(jìn)展之一在于對(duì)石墨的回收。石墨約占電池重量的22%，但由于在傳統(tǒng)回收過程中易受損而很少被再利用。

該研究的通訊作者、研究科學(xué)家索希尼·巴塔查里亞表示："關(guān)于電池回收，這是最值得注意的一點(diǎn)：作為鋰離子電池中單一占比最大的組分，石墨在廣泛的商業(yè)電池應(yīng)用中作為負(fù)極幾乎是不可替代的。"

等離子體處理有助于清潔和修復(fù)石墨，去除電池使用過程中積累的殘留物和結(jié)構(gòu)缺陷。

錢德拉塞卡說："回收的石墨在重新用于電池時(shí)，作為負(fù)極表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。"

研究人員表示，他們的目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)可以集成到現(xiàn)有回收系統(tǒng)中的預(yù)處理步驟，以提高效率并減少環(huán)境影響。

巴塔查里亞說："我們假設(shè)，使用微波誘導(dǎo)等離子體作為預(yù)處理步驟來分解金屬氧化物顆粒，將使其在較弱的酸中通過濕法冶金回收變得更加容易。"

這項(xiàng)技術(shù)已獲得專利，初步經(jīng)濟(jì)分析表明，其性能可能優(yōu)于當(dāng)前的工業(yè)工藝，尤其是在以可重復(fù)使用的形式回收石墨方面。

領(lǐng)導(dǎo)該研究小組的普利克爾·阿賈揚(yáng)說："這是一種突破性的方法，能以最少的化學(xué)和能源消耗從電池黑色物質(zhì)中回收所有關(guān)鍵礦物。"

該研究發(fā)表在《自然·通訊》期刊上。

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