石墨回收：愛沙尼亞塔博士將電池石墨廢料轉(zhuǎn)化成新型金屬-空氣電池材料——電催化劑
當(dāng)前，廢舊電池里的鈷、鎳等貴重金屬已實(shí)現(xiàn)大規(guī)?；厥?，但占電池質(zhì)量約四分之一的石墨仍是棘手廢料。這種碳材料對電荷儲存至關(guān)重要。“全球 80% 以上的天然石墨在中國開采，90% 以上的電池用石墨也由中國生產(chǎn)。對歐盟來說，這是供應(yīng)鏈安全隱患，”愛沙尼亞國家化學(xué)物理與生物物理研究所初級研究員 Reio Praats指出。
他在塔林理工大學(xué)（TalTech）剛通過的博士論文，就是為回收電池石墨尋找新出路。鋰電回收后剩下的“黑渣”——主要成分是石墨，但殘留少量金屬。他成功把這些黑渣做成了電催化劑——制造新型金屬-空氣電池的核心材料。
“與鋰離子電池相比，金屬-空氣電池用到的稀缺戰(zhàn)略原材料更少，成本更低，環(huán)境足跡也更小，”Praats 解釋。但這類電池離不開高效電催化劑。“結(jié)果出乎意料地變廢為寶”
舊鋰電回收分火法和濕法?；鸱ㄖ苯影咽珶?；濕法先粉碎，再分選，得到所謂“黑渣”。“黑渣里主要是兩大成分：含鋰、鈷、錳、鎳的活性正極材料，以及石墨，”Praats 介紹。用浸出法把貴重金屬提取后，就剩下被他盯上的殘?jiān)?ldquo;我的博士工作就是處理這部分殘?jiān)?，做成電催化劑?rdquo;
電催化劑能加速關(guān)鍵化學(xué)反應(yīng)，他重點(diǎn)關(guān)注“氧還原”和“氧析出”反應(yīng)。“氧還原反應(yīng)可用來發(fā)電，例如氫燃料電池或我正在開發(fā)的金屬-空氣電池；充電時(shí)則發(fā)生氧析出反應(yīng)，”他說。這兩種反應(yīng)正是金屬-空氣電池運(yùn)行的核心。
“目前主流電催化劑依賴鉑、銥等極貴重的稀有金屬，地殼含量極低，我們的目標(biāo)是用非貴金屬催化劑取代它們，”Praats 表示。殘?jiān)餁埩舻碾姵亟饘?，對別的回收商是雜質(zhì)，對他卻是“天賜之寶”。“電催化劑恰恰需要這些金屬，”他說。實(shí)驗(yàn)里，他做的催化劑性能甚至超過了貴金屬對照樣。“當(dāng)然，金屬-空氣電池尚處早期，標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，還有很多問號，”他坦言。
項(xiàng)目期間，Praats 并未親自拆電池，而是直接利用現(xiàn)成的工業(yè)黑渣。“眼下有幾十萬噸黑渣堆在那里，用途不明。研究的一個(gè)目標(biāo)就是推動循環(huán)經(jīng)濟(jì)，別讓寶貴資源流失；同時(shí)也助力開發(fā)新的儲能技術(shù)，讓我們更有效地存儲太陽能、風(fēng)能等可再生能源，”他說。
Reio Praats 于 9 月 29 日在塔林理工大學(xué)進(jìn)行了其博士論文《將鋰離子電池廢料升級再造為鋅-空氣電池可持續(xù)電催化劑》的答辯。
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