中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院傳來(lái)喜訊，陳維教授課題組在廢棄物管理與資源回收領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。他們創(chuàng)新性地提出了一種結(jié)合電化學(xué)原理的綠色可持續(xù)策略，能夠同步處理廢舊鋰離子電池正極材料中的鋰資源回收與工業(yè)尾氣中的氮氧化物污染問(wèn)題。
這一研究成果于今年早些時(shí)候在《Nature Sustainability》期刊上發(fā)表，引起了廣泛關(guān)注。研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種無(wú)需額外能量輸入的回收方法，巧妙利用了尾氣中二氧化氮（NO2）的電化學(xué)還原特性與廢舊電池正極材料的氧化特性之間的電位差。
在該策略下，廢舊鋰離子電池正極材料中的鋰離子會(huì)自發(fā)地釋放到電解液中，與此同時(shí)，尾氣中的二氧化氮被還原為亞硝酸根離子。這兩種物質(zhì)結(jié)合后形成的亞硝酸鋰不僅是直接電化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物，還能在這一過(guò)程中產(chǎn)生約0.38伏特的輸出電壓。
隨后，亞硝酸鋰在空氣中氧氣的作用下會(huì)進(jìn)一步氧化成為更為穩(wěn)定的硝酸鋰。硝酸鋰作為一種高價(jià)值產(chǎn)物，在農(nóng)業(yè)和化工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
具體來(lái)說(shuō)，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了多重目標(biāo)：鋰離子的回收、氮氧化物的轉(zhuǎn)化以及能量的輸出。這一系列反應(yīng)不僅高效環(huán)保，還具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
鋰離子的回收過(guò)程是從廢舊鋰電池正極材料（如磷酸鐵鋰）中自發(fā)脫出的，進(jìn)入電解液中。而氮氧化物則被還原為亞硝酸根離子，并與鋰離子結(jié)合生成亞硝酸鋰。這一過(guò)程還伴隨著約0.38伏特的電壓輸出，這一能量可以直接用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行或儲(chǔ)存。
與傳統(tǒng)的回收工藝相比，這一新技術(shù)展現(xiàn)出了多方面的優(yōu)勢(shì)。首先，它無(wú)需外部能量輸入，能耗降低了90%，從而大幅減少了碳排放。其次，該技術(shù)能夠同時(shí)解決鋰電池廢棄和工業(yè)尾氣污染兩大環(huán)境問(wèn)題。所產(chǎn)出的硝酸鋰價(jià)值較傳統(tǒng)回收的碳酸鋰提高了30%以上。
研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步測(cè)算顯示，這一工藝的全生命周期成本僅為火法冶金技術(shù)的五分之一，且金屬回收率超過(guò)98%。這一成果不僅標(biāo)志著在綠色化學(xué)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的重要進(jìn)展，也為未來(lái)廢棄物的可持續(xù)管理提供了新的思路。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)表示，陳維教授團(tuán)隊(duì)在鋰電池回收領(lǐng)域已有多項(xiàng)重要突破，此次的新成果再次彰顯了團(tuán)隊(duì)在創(chuàng)新工藝開發(fā)方面的實(shí)力。未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)優(yōu)化反應(yīng)器設(shè)計(jì)，提升能量輸出效率，并探索鈷、鎳等貴金屬的同步回收方案，以進(jìn)一步推動(dòng)綠色化學(xué)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
