從廢料中挖掘更多價值：等離子體回收95%金屬，并讓石墨重生

萊斯大學研究人員利用微波等離子體，幾乎能回收所有電池金屬，從而實現更清潔、更高效的回收。

萊斯大學的研究人員開發出一種新方法，利用基于微波的短時處理，從廢棄的鋰離子電池中回收有價值的材料，這有望同時解決供應短缺和環境風險問題。

電池中使用的關鍵礦物儲量有限且在全球分布不均，這使得供應鏈十分脆弱。與此同時，大多數廢舊電池未被回收，最終被填埋，可能泄漏有害化學物質。

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鏈最切實可行的方案，但研究表明，目前只有不到10%的電池廢料得到回收。"

為了彌補這一缺口，該團隊引入了一種微波誘導等離子體預處理技術，該技術能夠在相對溫和的條件下，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"）暴露在通電氣體或等離子體中約15分鐘。這一步會改變金屬化合物的結構，使其更易于提取。

錢德拉塞卡說："通過等離子體預處理，僅使用不高于檸檬酸酸度的酸，就能從電池黑色物質中回收近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行處理，無需高溫或強工業化學品。鋰則進一步通過水來回收，從而簡化了整個流程。

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

該研究的合著者、助理研究教授張翔表示："當今使用的工業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

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

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

等離子體處理有助于清潔和修復石墨，去除電池使用過程中積累的殘留物和結構缺陷。

錢德拉塞卡說："回收的石墨在重新用于電池時，作為負極表現出優異的性能。"

研究人員表示，他們的目標是創建一個可以集成到現有回收系統中的預處理步驟，以提高效率并減少環境影響。

巴塔查里亞說："我們假設，使用微波誘導等離子體作為預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。"

這項技術已獲得專利，初步經濟分析表明，其性能可能優于當前的工業工藝，尤其是在以可重復使用的形式回收石墨方面。

領導該研究小組的普利克爾·阿賈揚說："這是一種突破性的方法，能以最少的化學和能源消耗從電池黑色物質中回收所有關鍵礦物。"

該研究發表在《自然·通訊》期刊上。

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