与选择性回收锂离子电池钴和镍电沉积

一组研究人员从美国找到了一个具有成本效益和节能方法有选择地从刮锂离子电池中回收钴和镍电沉积。这项研究已经发表在杂志上自然通讯。

研究:选择性钴和镍电沉积通过集成电解质锂离子电池回收和接口控制。图片来源:微笑战斗/ Shutterstock.com

为什么要回收了锂离子电池吗?

随着全球需求和消费的锂离子电池(锂)(自由)增加一天,临终填词是造成环境污染和政府和政治压力。

最重要的是,大部分的这些电池中使用的金属仍然稀缺的矿产。这些花multi-metallic阴极的库,如锂镍钴锰氧化物阴极(NMC),包含锂(5 - 8%)、(5 - 10%),镍钴(5 - 20%),和锰(10 - 15%),而镍金属氢化物电池具有高含量的钴镍(36 - 42%)和(3 - 5%)。

什么是预先存在的填词的回收流程和挑战?

钴和镍的化学分离NMC可以通过溶剂萃取、沉淀、吸附、夹层和透析。溶剂萃取和降水通常表现出高选择性性能,但需要消耗大量热能,大型化工成本,或废物产生和可能面临的挑战有关复杂的解决方案/化学物种形成。

potential-dependent选择性调优的示意图表示通过协同电解质和界面控制。图片来源:金,K et al .,自然通讯

在各种电化学驱动技术,电沉积是一种简单而通用的方法控制成核和生长,形态和沉积组成。组件的还原电位金属电沉积的最关键参数从多组分混合物的选择性分离和回收金属。

aqueous-based替代更可取的,低温环境兼容,在电沉积和节能途径。然而,水电解质存在内在选择性电沉积过程的局限性,由于与标准之间的还原电位镍和钴(E°倪=−0.250 V和E°有限公司=−0.277 vs标准氢电极(她)),导致没有针对性研究选择性较低,因此需要额外的化学步骤如溶剂萃取分离镍钴合金通过电解沉积之前恢复。

选择性优化钴和镍的电沉积通过界面电荷控制与一个积极的聚电解质,PDADMA。图片来源:金,K et al .,自然通讯

电沉积过程中的步骤是什么?

阴极回收包括一系列的预处理步骤,包括卸货、拆除、分离,收集活动材料从目前收集器。欧洲杯足球竞彩电池是沉浸在10% (w / v)氯化钠溶液24小时完全放电。

然后他们手动拆卸使用锯和鼻子尖的镊子,并切成小块。之后,负极活性材料与铝分离集电器用N-methyl吡咯烷(NM欧洲杯足球竞彩P)为溶剂溶解PVDF粘结剂在收集器。阴极的小块碎片在100°C NMP治疗24 h。

获得的活性物质混合淋溶在10 M盐酸溶液;这导致形成一个深绿色nickel-rich集中氯的混合物,由钴、镍和锰的摩尔比率1.00:6.52:0.50,分别。

其余的过程涉及两个周期的电沉积/剥离,分别分别钴和镍的复苏。

第一电沉积是在−0.725 V vs Ag / AgCl保利(dimethylammonium氯烯丙酯)/铜(PDADMA /铜)电极的选择性up-concentration电沉积钴,紧随其后的是阳极剥离,恢复固相钴/镍释放到二级up-concentration液相和处理。

后,剥离电解质添加10 M氯化锂,出现独特的蓝色的颜色,由于主要CoCl的形成₄²⁻复杂,而强烈的绿色和nickel-rich电解液浸出后获得的。二级PDADMA-driven电沉积在−0.725 V vs Ag / AgCl up-concentrated电解质给显著提高钴纯度约为96.4±3.1%。

后第一个选择性沉积钴,镍/公司比率增加剩余的液相。第二周期进行电沉积在−0.6 V vs Ag / AgCl给镍纯度94.1±2.3%的定金之后30分钟电沉积。

应用选择性电沉积的潜在使用电池回收流程。图片来源:金,K et al .,自然通讯

结果是什么?

研究人员结合电化学方法即电解液控制和界面设计优化分子选择性钴和镍的复苏。物种形成有效的控制歧视金属与水相似的电化学性能的解决方案。

电极的界面定制带正电荷的聚电解质,PDADMA,额外的选择性控制是通过调节CoCl的流动来实现的₄²⁻在积极的聚电解质层。

发现表明,金属选择性取决于电极电位和聚合物加载。PDADMA在阳极剥离的质量损失只占不到0.3%的整个PDADMA加载,显示稳定的聚电解质在给定的电解液条件下电镀/剥离。这份报告给出了一个最终产品纯度为96.4±3.1%和94.1±2.3%,钴和镍,分别。

因此,研究结果指出了一种创新的方式恢复的电镀钴和镍没有热能的密集的输入或使用有害化学物质在环境友好的水介质。

参考

金,K。雷蒙德,D。Candeago, r . et al .选择性钴和镍电沉积通过集成电解质锂离子电池回收和接口控制。Nat Commun 6554 (2021)。https://www.nature.com/欧洲杯猜球平台articles/s41467 - 021 - 26814 - 7

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