據(jù)外媒報道，由James Tour領導的萊斯大學（Rice University）研究團隊開發(fā)出兩步閃蒸焦耳加熱-氯化-氧化（FJH-ClO）工藝，可快速從廢舊鋰離子電池中分離鋰和過渡金屬。該方法無需酸，節(jié)能高效，是傳統(tǒng)回收技術的替代方案，這一突破性進展恰逢全球對電動汽車和便攜式電子產(chǎn)品電池的激增需求。

圖片來源： 萊斯大學

該研究成果發(fā)表于期刊《Advanced Materials》期刊，有望徹底改變關鍵電池材料的回收方式。傳統(tǒng)的回收方法通常能耗高、會產(chǎn)生廢水，并且經(jīng)常需要使用腐蝕性化學品。相比之下，F(xiàn)JH-ClO工藝在降低能耗、化學品用量和成本的同時，還能實現(xiàn)鋰、鈷和石墨的高收率和高純度。

“我們設FJH-Cl工藝是為了挑戰(zhàn)電池回收必須依賴酸浸的傳統(tǒng)觀念，”T.T. and W.F. Chao化學教授、材料科學與納米工程教授Tour說道?！癋JH-ClO是一種快速、精確提取有價值材料的方法，既不會損壞材料，也不會對環(huán)境造成危害?！?/p>

快速可控加熱

電動汽車和消費電子產(chǎn)品中鋰離子電池的快速普及，使得對可持續(xù)回收技術的需求日益迫切。現(xiàn)有的回收方法往往成本高昂、效率低下，并且會產(chǎn)生大量廢水。

為了應對這些挑戰(zhàn)，研究團隊開發(fā)了一種兩步法工藝，利用短暫的加熱和空氣循環(huán)，而非使用強效化學品。首先，電池材料在氯氣中短暫加熱，使其分解。然后，材料在空氣中進行第二次加熱，將大部分金屬轉化為可與鋰分離的形式。由于鋰不像其他金屬那樣容易形成氧化物，因此它以氯化物的形式存在，可以很容易地用水提取。

以往的方法需要耗時較長的工藝流程和強酸。然而，F(xiàn)JH-ClO方法利用快速可控的加熱和簡單的反應，使分離過程更加清潔快捷。

全面回收

測試表明，這項新工藝能夠從廢舊電池中回收幾乎所有有價值的材料，包括鋰、鈷和石墨，且純度很高。初步分析表明，即使在小規(guī)模生產(chǎn)中，與現(xiàn)有方法相比，該工藝所需的能源也減少了約一半，化學品用量減少了95%，成本也顯著降低。

這些成果建立了一種可擴展的、無酸的鋰離子電池材料全面回收方法，不僅具有環(huán)境和經(jīng)濟優(yōu)勢，還為可持續(xù)電池回收樹立了新的標準。

“看到一項既科學嚴謹又實用有效的工藝，令人欣慰，”該研究的第一作者、萊斯大學博士后研究員Shichen Xu表示，“正是這種平衡使得這項工藝能夠產(chǎn)生實際應用價值?！?/p>

未來展望

該工藝為大規(guī)模應用和整合到電池供應鏈中鋪平了道路。它為回收有價值的材料奠定了基礎，同時減少了對原生礦產(chǎn)的需求。

由于FJH-ClO工藝已在實驗室規(guī)模上得到驗證，研究人員計劃通過其初創(chuàng)公司Flash metals USA（metallium Ltd.的一個部門）擴大該工藝的規(guī)模。

“這不僅僅是一項實驗室實驗，”Tour表示，“它為行業(yè)如何在不進一步加重地球負擔的情況下滿足電池材料需求提供了一個藍圖?！?/p>