中国科大开发废旧锂电池回收

近日，中国科学技术大学化学与材料科学学院陈维教授课题组在国际知名期刊《Nature Sustainability》上发表了题为“Electrochemical lithium recycling from spent batteries with electricity generation”的研究型论文。该研究首次提出了一种基于电化学原理的绿色可持续废弃物回收管理策略，能够同时实现废旧锂离子电池正极材料中的锂资源回收和工业尾气中的氮氧化物污染物的捕获和转化。研究团队巧妙设计了一种无能量消耗的回收方法，利用尾气中二氧化氮的电化学还原电位与废旧电池正极材料的电化学氧化电位差，不仅成功回收了废旧电池正极材料中的锂资源，还将二氧化氮转化为高价值的硝酸锂盐。与此同时，这一过程还能实现大量的能量输出，为锂回收与污染物治理提供了一种高效、环保且具有经济价值的全新解决方案。

图1.废旧锂离子电池正极和二氧化氮污染物同时回收设计思路。

具体而言，锂离子将自发地从废旧锂电池正极材料中脱出进入电解液中而另一侧的二氧化氮则会被还原为亚硝酸根，两者结合形成的亚硝酸锂为直接的电化学反应产物，同时产生大约0.4 V的输出电压。电化学反应产物亚硝酸锂则会被空气中的氧气进一步氧化成为更加稳定的硝酸锂产物。

NO₂ capture: NO₂+ e⁻→ NO₂⁻ E^o= 0.88 V vs. RHE (1)

Li recycling: LiFePO₄− e⁻→ Li⁺+ FePO₄ E^o= 0.5 V vs. RHE (2)

Overall: LiFePO₄+ NO₂→ LiNO₂+ FePO₄ E_output= 0.38 V (3)

LiNO₃ production: 2LiNO₂+ O₂→ 2LiNO₃ (4)

作者分析了所提出的回收策略与传统回收策略在经济和环保等方面的优劣势。针对电池回收工艺中各个主要回收步骤的能耗、二氧化碳排放以及成本收益进行系统性的核算后显示，所提出的回收工艺在能耗和二氧化碳排放量上远远低于目前主流的回收策略，表明该策略在绿色可持续经济上具有绝对的领先优势。对成本收益计算结果分析，表明所提出的策略也是优于其它四种传统回收策略。

图2.不同回收策略的技术经济分析。

中国科学技术大学化学与材料科学学院博士研究生王卫平为论文的第一作者，中国科学技术大学化学与材料科学学院、合肥微尺度物质科学国家研究中心的陈维教授为该论文的唯一通讯作者。该研究工作得到自然科学基金委重大研究计划项目和面上项目，中国科大创新团队培育基金，中国科大人才团队项目以及中国科学技术大学理化实验中心、超算中心和微纳中心提供的帮助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41893-024-01505-5

（化学与材料科学学院，微尺度物质科学国家研究中心，科研部）

标签：材料科学  污染物  电化学