為此，美國萊斯大學的一支工程師團隊開發(fā)出一種新型電化學反應(yīng)器，可從報廢電池中直接回收高純度鋰，大幅減少傳統(tǒng)冶煉和化學提取帶來的能耗與污染。相關(guān)成果已于 11 月 7 日發(fā)表于能源科學期刊《Joule》。

　　目前，大多數(shù)電池回收工藝依賴高溫冶煉或強酸浸出，所得鋰通常以碳酸鋰形式存在，還需進一步轉(zhuǎn)化為氫氧化鋰后才能重新用于電池制造。于是，科研團隊提出了一個更直接的思路：如果電池在充電時會“釋放”出鋰離子，能否用同樣的反應(yīng)來實現(xiàn)回收?

　　團隊由研究人員西巴尼?麗莎?比斯瓦爾(Sibani Lisa Biswal)領(lǐng)導，她解釋道：“我們提出了一個基本問題 —— 既然給電池充電能讓鋰從正極中脫出，為什么不利用同樣的反應(yīng)來回收?通過將這種化學反應(yīng)與緊湊型電化學反應(yīng)器結(jié)合，我們能夠清潔地分離鋰，并直接生成制造商所需的氫氧化鋰。”

　　該反應(yīng)系統(tǒng)的工作原理與電池類似。當電流通過時，鋰離子從廢棄正極材料(如磷酸鐵鋰)中釋放出來，經(jīng)由一層陽離子交換膜進入流動的水流。在另一側(cè)電極上，水被分解產(chǎn)生氫氧根離子，隨后鋰離子與氫氧根在水流中結(jié)合，生成高純度的氫氧化鋰，全程無需額外化學藥劑。

　　研究團隊展示了一種“零間隙膜電極反應(yīng)器”，其運行僅依靠電能、水和電池回收物(再生黑粉)。在部分模式下，能耗低至每公斤廢料 103 千焦，比常見酸浸法的能量需求低了一個數(shù)量級。

　　該系統(tǒng)不僅在實驗臺上驗證成功，還完成了實際耐久性測試。面積 20cm2 的樣機連續(xù)運行 1000 小時，處理了來自法國道達爾能源的 57 克工業(yè)級電池黑粉。

　　研究員王浩天(Haotian Wang)表示：“直接生產(chǎn)高純度氫氧化鋰可以縮短廢料回到新電池的路徑，這意味著更少的工序、更低的廢棄物，以及更具韌性的供應(yīng)鏈?！?/p>

　　測試結(jié)果顯示，該反應(yīng)器生成的氫氧化鋰純度超過 99%，在不同運行模式下能耗介于每公斤 103 至 536 千焦之間，平均鋰回收率接近 90%。此外，該工藝兼容多種電池化學體系，包括磷酸鐵鋰、錳酸鋰以及多種鎳錳鈷配比的電極材料。

　　團隊還展示了連續(xù)處理整卷磷酸鐵鋰電極的“卷對卷”(roll-to-roll)實驗，無需預處理或剝離鋁箔。

　　王浩天指出：“這一演示說明該技術(shù)可直接嵌入自動化拆解生產(chǎn)線中。只需將電極送入反應(yīng)器，用低碳電力驅(qū)動，即可提取電池級氫氧化鋰?！?/p>

　　未來研究將著重擴大反應(yīng)面積、提高黑粉裝載量，并開發(fā)更具選擇性和疏水性的膜材料。團隊還計劃優(yōu)化氫氧化鋰的濃縮與結(jié)晶過程，以進一步降低能耗與碳排放。比斯瓦爾表示：“我們讓鋰的提取過程更清潔、更簡化。接下來要攻克的瓶頸是濃縮環(huán)節(jié)，一旦突破，將帶來更高的可持續(xù)性?！?/p>