中国科大突破锂电池绿色回收技术，同步实现锂回收与能量输出

据消息报道，中国科学技术大学化学与材料科学学院陈维教授课题组最近提出了一项基于电化学原理的绿色废弃物管理策略。这一策略不仅可以回收废旧锂离子电池正极材料中的锂资源，还能捕获和转化工业尾气中的氮氧化物污染物，实现了资源循环利用。相关研究成果已于《Nature Sustainability》杂志上发布。

该研究团队设计了一种无能量消耗的废物回收方法，通过利用尾气中的二氧化氮（NO₂）与废旧电池正极材料的电化学性质差异，成功地实现了锂资源回收和氮氧化物转化的双重效果，最终生成高价值的硝酸锂盐。

这个过程还伴随着大量能量的输出，为资源回收和污染物治理提供了一种高效、环保且具有经济价值的解决方案。

具体而言，废旧锂电池正极材料中的锂离子会自发地进入电解液中，而尾气中的二氧化氮则会被还原为亚硝酸根，二者结合生成亚硝酸锂产物，同时还会产生约0.38 V的电压输出。亚硝酸锂会进一步被空气中的氧气氧化为更稳定的硝酸锂。

• NO₂ 捕获： NO₂+ e−→ NO₂− Eo= 0.88 V vs. RHE (1)

• Li 回收：LiFePO₄− e−→ Li++ FePO₄ Eo= 0.5 V vs. RHE (2)

• 整体结合： LiFePO₄+ NO₂→ LiNO₂+ FePO₄ 输出 = 0.38 V (3)

• LiNO₃ 的产出：2LiNO₂+ O₂→ 2LiNO₃ (4)

化学反应带来的多重益处

• 锂回收：锂离子可自发从正极材料（如 LiFePO₄）中脱出，进入电解液；

• 污染物转化：二氧化氮还原为亚硝酸根（NO₂⁻），与锂离子结合形成亚硝酸锂（LiNO₂）；

• 能量输出：反应产生0.38V电压，可用于直接驱动系统或储存；

• 产物升级：亚硝酸锂会进一步氧化为高附加值的硝酸锂（LiNO₃），在农业和化工领域有广泛应用。

• 与传统回收工艺相比，此技术具有以下显著优势：

• 能耗降低90%：通过自主反应而非外部能量输入，大幅减少碳排放；

• 污染物一体治理：一次处理即可同时解决废锂电池和工业尾气污染问题；

• 经济效益提高：硝酸锂价值较传统碳酸锂回收提高30%以上。

• 研究显示，该工艺全生命周期成本仅为传统火法冶金技术的五分之一，金属回收率超过98%。

中国科大指出，陈维教授团队之前在锂电池回收领域有多项突破，包括带电破碎、低温挥发等创新工艺。下一步，团队将继续优化反应器设计，提升能量输出效率，并探索钴、镍等贵金属的同步回收方案。

IT之家上提供有更多相关信息：
https://www.nature.com/articles/s41893-024-01505-5

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