一群来自美国的研究人员发现了一种具有成本效益且节能的方法，可以选择性地从刮水的锂离子电池中回收钴和镍。这项研究已发表在《杂志》自然通讯。
学习：通过集成电解质和界面控制，用于锂离子电池回收的选择性钴和镍电沉积。图片来源：微笑战斗/Shutterstock.com
为什么有必要回收花费的锂离子电池？
随着锂离子（锂离子）电池（LIB）的全球需求和消费日益增加，寿命末消费的液井正在促进环境污染以及政府和政治压力。
最重要的是，这些电池中使用的大多数金属在采矿方面仍然很少。这些花费了多金的LIB的多金属阴极，例如锂锰钴氧化物（NMC）阴极，含有锂（5-8％），镍（5-10％），钴（5-20％）和锰（10–15％），而镍金属水池的镍含量高（36-42％）和钴（3-5％）。
Libs回收的回收过程和挑战是什么？
可以通过溶剂提取，降水，吸附，插入和透析来实现钴和镍与NMC的化学分离。溶剂提取和降水通常表现出很高的选择性性能，但需要大量的热能消耗，大化的化学成本或废物产生，并且可能面临有关复杂溶液/物种化学化学的挑战。
通过协同电解质和界面控制实现了潜在依赖性选择性调整的示意图。图片来源：Kim，K等人，自然通讯
在各种电化学驱动的技术中，电沉积是一种简单而多功能的方法，具有成核和生长，形态和沉积物组成的指挥。组件金属的还原电位是从多组分混合物中选择性分离和回收金属的电沉积中最关键的参数。
低温，基于水性的替代品是电沉积中更理想的，环境兼容和节能途径。然而，由于镍和钴之间的近相等标准降低电位，水电解质对电沉积过程的固有选择性限制（E = -0.250 V和E°CO = -0.277 V VS标准氢电极（SHA）），（she），），co = -0.250 V和E°CO = -0.250 V和E°CO导致不靶向的共沉积以低选择性，因此需要在通过电启动之前恢复之前镍泡分离的其他化学步骤，例如溶剂提取。
通过与阳性聚电解质PDADMA的界面电荷控制启用的钴和镍的电沉积中的选择性调节。图片来源：Kim，K等人，自然通讯
这个电沉积过程的步骤是什么？
阴极回收涉及一系列预处理步骤，包括从当前收集器中排放，拆卸，分离和收集活性材料。亚博网站下载将电池浸入10％（w/v）NaCl溶液中24小时以完全放电。
然后用锯和尖锐的钳子手动拆卸它们，并切成小块。之后，通过使用N-甲基吡咯烷（NMP）作为溶剂来溶解收集器中存亚博网站下载在的PVDF粘合剂，将阴极的活性材料与铝电流收集器分离。在100°C下在NMP中处理小块的小块碎片24小时。
将获得的活性材料混合物浸入10 m HCl溶液中；这导致形成了富含镍的浓缩氯化物的深绿色混合物，该混合物分别由摩尔比1.00：6.52：0.50的钴，镍和锰组成。
其余过程涉及两个电沉积/剥离的循环，分别分别用于钴和镍恢复。
第一个电沉积在聚（DALLYL二甲基氯化二甲基铵）/铜（PDADMA/CU）电极上以-0.725 V VS AG/AGCL进行，以在电dodeposit上选择性上浓缩钴，然后释放出阳极剥离，然后释放出回收的固体剥离。相位钴/镍到液相进行次级上浓度和加工。
添加10 m licl后，剥离电解质的颜色显着蓝色，这是由于主要COCL的形成42-与浸出后获得的强绿色和富含镍的电解质相比。来自上浓缩电解质的次级PDADMA驱动的电沉积在-0.725 V VS ag/agCl下，显着提高了约96.4±3.1％的钴纯度。
在第一个选择性钴沉积后，在其余液相中Ni/CO的比率增加。第二个电沉积周期以-0.6 V VS Ag/AgCl进行，在30分钟电沉积后，沉积物的纯度为94.1±2.3％。
在电池回收过程中使用选择性电沉积的应用。图片来源：Kim，K等人，自然通讯
结果是什么？
研究人员合并了电化学方法，即用于调整钴和镍恢复的分子选择性的电解质控制和界面设计。对物种的控制有效地歧视水溶液中具有相似电化学性能的金属。
通过调节COCL的迁移率，启用了带有带正电的聚电解质PDADMA的电极对界面的界面剪裁42-在阳性聚电解质层中。
该发现表明金属的选择性取决于电极电位和聚合物负载。阳极剥离时PDADMA的质量损失仅占整个PDADMA载荷的0.3％，表明在给定电解质条件下电沉积/剥离时聚电解质的稳定性。该报告的最终产品纯度分别为96.4±3.1％和94.1±2.3％，分别为钴和镍。
因此，结果指出了一种创新的方法，可以回收电沉积的钴和镍，而没有热能的大量输入或在环境友好的水性介质中使用有害化学物质。
参考
Kim，K.，Raymond，D.，Candeago，R。等。通过集成电解质和界面控制，用于锂离子电池回收的选择性钴和镍电沉积。Nat Commun 12，6554（2021）。https://www.nature.com/yabo214articles/s41467-021-26814-7
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