您现在的位置:兴旺宝>电池网>新闻列表>清华大学环境学院李金惠团队研发低熵增技术助力锂电池高效回收

清华大学环境学院李金惠团队研发低熵增技术助力锂电池高效回收

2025年03月26日 08:38:58 人气: 19437 来源: 清华大学
  近日,清华大学环境学院李金惠教授团队提出一种基于原电池效应的定向浸出策略,旨在破解当前废锂离子电池回收领域的高熵增技术瓶颈与能效难题。该研究创新性地利用废正极材料与铝箔载流体的自组装特性,构建出具有3.84V电势差的免预处理回收体系。通过精准调控电极界面处的电子传输与电荷聚集机制,成功实现了难溶金属组分的原位价态重构与晶格活化,同步突破了锂、镍、钴、锰等关键金属回收率低与回收速率慢的限制。
 
  锂离子电池作为清洁能源转型的核心载体,已经消耗全球70%的钴资源,而每年产生的百万吨级废锂电池更带来严峻的环境挑战。传统的废锂电池冶金回收技术可以在一定程度上实现资源的循环利用,但仍面临效率低、能耗高、环境污染等问题。其核心原因在于回收过程中的高熵增现象:机械粉碎破坏电池原有结构秩序,提升系统熵值;化学浸出消耗大量酸碱试剂,造成不可逆能量损失;多步分离导致金属交叉污染,降低产物纯度。针对这些难题,李金惠团队提出一种基于“最小熵增原理”的创新性湿法冶金回收策略,为废锂电池的高效、可持续回收提供了全新思路。
 
图1.废锂电池原位自组装构建的原电池浸出体系
 
  在这一策略中,研究团队发现,废锂电池正极材料(如LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)与电池内部的铝箔载流体之间可以形成微原电池系统。通过这种设计,铝箔作为零价金属还原剂,能够定向转移电子,仅用于废正极材料的还原分解,而不会产生有害的氢气或释放有机氟化物污染。这种方法可以让废锂电池“自我拆解”,能够在不破坏电池原有结构的情况下,显著降低回收过程的熵增。
 
图2.废锂电池原电池浸出体系回收效果
 
  实验结果表明,与传统方法相比,该技术使锂的回收率超过99%,过渡金属的回收率超过90%,同时将电子还原效率提高了约25倍,溶解速率提高了约30倍。热力学理论计算表明,这种原电池体系高达3.84V(约3节干电池)的电势差是迫使铝箔溶解释放的电子定向迁移,仅用于高价金属(Ni3+/Co3+/Mn4+)还原,而不发生析氢副反应的关键原因。
 
图3.原电池电化学浸出过程正极颗粒的反常溶解现象
 
  原电池体系产生的电子迁移与电荷积聚效应会诱导废锂电池颗粒内部发生优先溶解现象,逐步形成空穴形貌。值得注意的是,废锂电池中的含氟有机粘结剂、导电剂是电子转移通道,不会受到电子和氢离子攻击而溶解,最终形成如图3f的有机质框架,固定于浸出尾渣。这在一定程度上降低了次生废水的处理难度。
 
  该研究被审稿人藤田丰久(Toyohisa Fujita)评价为“城市矿山开发的范式转变”,为动力电池回收提供了兼具高效、低碳、经济的解决方案。未来,通过模拟电池原生结构的功能复用,或可解决其他电子废弃物(如电路板、显示器)回收中的熵增难题,将有助于循环经济从“暴力拆解”转向“智慧解构”新纪元。
 
  相关研究成果以“通过低熵增策略实现废锂电池电流浸出回收”(Galvanic leaching recycling of spent lithiumion batteries via low entropy-increasing strategy)为题,于3月11日在线发表于《自然·通讯》(Nature Communications)。
 
  清华大学环境学院余嘉栋博士后为论文第一作者,李金惠为论文通讯作者,环境学院2023届本科毕业生刘晏均为论文共同作者。研究得到国家自然科学基金委员会等的支持。
全年征稿/资讯合作 qq:1097660699@qq.com
版权与免责声明
1、凡本网注明"来源:兴旺宝"的所有作品,版权均属于兴旺宝,转载请必须注明兴旺宝,https://www.xwboo.com。违反者本网将追究相关法律责任。
2、企业发布的公司新闻、技术文章、资料下载等内容,如涉及侵权、违规遭投诉的,一律由发布企业自行承担责任,本网有权删除内容并追溯责任。
3、本网转载并注明自其它来源的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品来源,并自负版权等法律责任。
4、如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。
产品推荐更多+
  • 电子汽车 太阳能喷泉水泵太阳能热水器微循环水泵鱼池景观泵

    电子汽车 太阳能喷泉水泵太阳能热水器微循环水泵鱼池景观泵

    参数规格 序号 类别 规格 1 泵体尺寸及重量 150*100*123mm
    面议
  • DAX-T30

    DAX-T30

    面议
  • DAX-T20

    DAX-T20

    面议
  • 太阳能板

    太阳能板

    面议
  • 太阳能电池
  • 蓄电池废硫酸膜净化回用系统

    蓄电池废硫酸膜净化回用系统

    ——膜集成技术1、铅酸蓄电池生产行业现状目前国内游电池极板生产线的蓄电池生产厂家主要面临三面的环保压力—废气、废水、和固体废物。一般每生产1000个电池会产生63.2kg铅尘。另外,在铅酸蓄电池化成工序中,会产生硫酸雾,废弃的化成液及清洗极片的废水也含有一定浓度的硫酸,涂板工序、化成工序以及电池清洗工序会产生含铅的重金属废水。2、工艺特点设备为全封闭运行,生产环境好;是清洁生产的典型设备。 将分离
    面议
  • 硫酸法钛白粉生产中的酸洗水回用系统

    硫酸法钛白粉生产中的酸洗水回用系统

    我国现阶段生产钛白粉主要采用的是硫酸法。硫酸法钛白粉生产工艺技术成熟,设备简单,对原料的要求也不太严格,但是其“三废”的排放量大,治理费用高。尤其是偏钛酸制备产生的废酸(生产1吨钛白粉产品,产生4~7t废酸)和偏钛酸制备完成后的净化处理;并且传统的水洗工序采用板框洗涤工艺,会产生大量的洗涤白水(生产1吨钛白粉产品,产生20~30t白水),白水中主要含有偏钛酸、硫酸和。
    面议
  • 关于膜法回收废酸碱膜系统几点问题

    关于膜法回收废酸碱膜系统几点问题

    1:纳滤膜是什么材质?耐强酸丶强碱吗?纳滤膜常用的耐酸同时耐碱的是PDMS材质(聚二甲基硅氧烷,一种硅橡胶)的,典型耐受数据(已有案例,不是上限):酸:HCl 37% H2SO4 20% HNO3 5%碱:NaOH 25% KOH 10%没有关于HF的数据,但是厂家技术人员说5%以下没问题另外一种只耐酸不耐碱的,TFM材质(厂家的,未公开,我们也不知
    面议
  • 废锂电池回收设备

    废锂电池回收设备

    本废电池回收处理设备用于处理废旧锂电池的回收处理,本设备是,宜兴市盛东环保设备有限公司设计生产,该设备采用顺流式回转窑处理,同时产生的残渣及循环池污泥可继续进回转窑焚烧处理,我公司的设备尾气排放指标达到或优于国家相关标准
    面议
  • 太阳能发电站