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来源:加州大学圣地亚哥分校(University of California - San Diego)

一种将废阴极恢复到初始状态的新工艺可以使回收锂离子电池更加经济。这种由加州大学圣地亚哥分校的纳米工程师开发的工艺比现在的方法更环保;它使用更环保的成分,减少80%到90%的能源消耗,减少75%的温室气体排放。

研究人员在11月12日出版的《焦耳》杂志上发表了一篇论文,详细介绍了他们的研究成果。

这种工艺在磷酸铁锂(LFP)制成的阴极上尤其有效。用LFP阴极制造的电池比其他锂离子电池便宜,因为它们不使用昂贵的金属,如钴或镍。LFP电池的寿命也更长,更安全。它们广泛应用于电动工具、电动公共汽车和能源网。

加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授Zheng Chen说:“鉴于这些优势,LFP电池将比市场上其他锂离子电池具有竞争优势。”。

问题是什么?“回收它们不划算,”Chen说。“塑料也面临同样的困境——材料便宜,但回收它们的方法却不是。”

Chen和他的团队开发的新回收工艺可以降低这些成本。它在低温(60到80摄氏度)和环境压力下工作,比其他方法更省电。此外,它使用的化学药品锂盐,氮,水和柠檬酸是便宜和无害的。

“整个再生过程在非常安全的条件下工作,因此我们不需要任何特殊的安全预防措施或特殊设备。这就是为什么我们可以使回收电池的成本如此低,”第一作者Panpan Xu说,他是Chen实验室的博士后研究员。

研究人员首先循环商业化的LFP电池,直到它们失去一半的储能能力。他们把电池拆开,收集阴极粉末,然后把它们浸泡在含有锂盐和柠檬酸的溶液中。然后他们用水冲洗溶液,干燥粉末并加热。

研究人员用这些粉末制造了新的阴极,并在纽扣电池和软包电池中进行了测试。它们的电化学性能、化学组成和结构都恢复到原来的状态。

随着电池的循环,阴极经历了两个主要的结构变化,这是导致其性能下降的原因。首先是锂离子的损失,在阴极结构中产生了一个叫做空位的空位。另一种是当铁和锂离子在晶体结构中交换斑点时发生的。当这种情况发生时,它们不能轻易地切换回去,因此锂离子会被截留,无法再在电池中循环。

这个过程通过补充锂离子来恢复阴极的结构,使铁和锂离子很容易切换回原来的位置。另一种物质是柠檬酸,作为一种柠檬酸的还原剂。柠檬酸将电子转移到铁离子上,使它们带较少的正电荷。这使得阻止铁离子回到晶体结构中原来位置的电子斥力最小化,同时也释放锂离子回到循环中。

虽然这种回收过程的总能源成本较低,但研究人员表示,需要对收集、运输和处理大量电池的物流进行进一步研究。

“弄清楚如何优化这些物流是下一个挑战,”Chen说。“这将使这一回收过程更接近于行业采用。”

原文链接:https://ucsdnews.ucsd.edu/pressrelease/environmentally-friendly-method-could-lower-costs-to-recycle-lithium-ion-batteries

论文链接:Published: November 12, 2020. DOI:https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.10.008

期刊信息:Joule

声明:本文由江苏贝朗新能源编译,中文内容仅供参考,一切内容以英文原版为准。


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