據(jù)外媒報道，美國一研究團隊發(fā)現(xiàn)一種經(jīng)濟節(jié)能的方法，通過電沉積，從廢棄的鋰離子電池中選擇性回收鈷和鎳。
（圖片來源：AZOM）
隨著全球?qū)︿囯x子電池的需求增長，廢棄電池造成的環(huán)境污染也日益加重。同時，這些電池中含有很多稀缺金屬。通過溶劑萃取、沉淀、吸附、插層和滲析，可以對NMC中的鈷和鎳進行化學(xué)分離。通常情況下，溶劑萃取和沉淀具有較高的選擇性，但是熱能消耗和化學(xué)成本較高，或者會產(chǎn)生廢棄物，并且可能面臨復(fù)雜的溶液/形態(tài)化學(xué)挑戰(zhàn)。
在各類電化學(xué)驅(qū)動技術(shù)中，電沉積是一種簡單而通用的方法，可以控制成核和生長、形態(tài)和沉積物成分。對于從多組分混合物中選擇性分離和回收金屬，組分金屬的還原電位，是電沉積中最關(guān)鍵的參數(shù)。
在電沉積中，采用低溫水基替代品，是更為理想、環(huán)保和節(jié)能的方法。然而，由于鎳和鈷之間的標準還原電位接近相等(相對于標準氫電極，E° Ni = ?0.250 V和E° Co = ?0.277 V），水電解質(zhì)對電沉積過程存在固有的選擇性限制，導(dǎo)致非定向共沉積的選擇性低，因此需要通過額外的化學(xué)步驟來進行鎳-鈷分離，例如在通過電積回收之前進行溶劑萃取。
這種電沉積過程包括哪些步驟？
正極回收包括一系列預(yù)處理步驟，包括放電、拆卸、分離和從集電器中收集活性物質(zhì)。將電池在10% (w/v) NaCl溶液中浸泡24小時，直至完全放電。接著用鋸子和尖嘴鉗手動拆卸，將其切成小塊。然后，以N-甲基吡咯烷（NMP）為溶劑溶解集電器中的PVDF粘結(jié)劑，將正極活性物質(zhì)從鋁集電器中分離出來。將小塊正極廢料在100°C的NMP中進行24小時處理。在10 M HCl溶液中浸出所得到的活性物質(zhì)混合物，生成由鈷、鎳、錳組成的深綠色富鎳濃氯混合物，其摩爾比分別為1.00：6.52：0.50。
其它工藝包括兩個電沉積/剝離循環(huán)，分別用于回收鈷和鎳。在 -0.725 V vs Ag/AgCl下，在聚（二烯丙基二甲基氯化銨）/銅（PDADMA/Cu）電極上進行首次電沉積，以選擇性提高電沉積物中鈷的濃度，然后進行負極剝離，將回收的固相鈷/鎳轉(zhuǎn)化為液相，進行二次濃縮和加工。
與浸出后立即獲得的濃綠色富鎳電解液相比，加入10 M LiCl后，由于形成主要的CoCl42?絡(luò)合物，剝離電解質(zhì)呈現(xiàn)出明顯的藍色。在?0.725 V vs Ag/AgCl條件下，從高濃度電解液中進行二次PDADMA驅(qū)動電沉積，可使鈷純度顯著提高至96.4±3.1%。
第一次選擇性鈷沉積后，剩余液相中Ni/Co比值增大。在?0.6 V vs Ag/AgCl下進行第二次電沉積循環(huán)，經(jīng)過30 min電沉積后，沉積物上的鎳純度為94.1±2.3%。
研究結(jié)果
研究人員結(jié)合電化學(xué)方法，即電解質(zhì)控制和界面設(shè)計，以調(diào)節(jié)鈷和鎳回收的分子選擇性。通過形態(tài)控制，有效區(qū)分水溶液中具有相似電化學(xué)性質(zhì)的金屬。
通過調(diào)節(jié)正聚電解質(zhì)層中 CoCl4 2?的遷移率，對電極與帶正電荷的聚電解質(zhì)PDADMA進行界面裁剪，以實現(xiàn)額外的選擇性控制。研究結(jié)果表明，金屬選擇性取決于電極電位和聚合物負載量。在負極剝離過程中，PDADMA的質(zhì)量損失僅占不到整個PDADMA負載量的0.3%。這表明在既定電解液條件下，聚電解質(zhì)在電沉積/剝離過程中具有穩(wěn)定性。結(jié)果表明，鈷和鎳的最終產(chǎn)品純度分別為96.4±3.1%和94.1±2.3%。
這些研究結(jié)果提供了一種創(chuàng)新方法，可用于回收電沉積鈷和鎳，而無需大量的熱能輸入，也無需在環(huán)保型水介質(zhì)中使用有害化學(xué)物質(zhì)。
（轉(zhuǎn)載）
