科学家开发新型反应器：废旧电池锂回收率 90%，纯度 99%

为此，美国莱斯大学的一支工程师团队开发出一种新型电化学反应器，可从报废电池中直接回收高纯度锂，大幅减少传统冶炼和化学提取带来的能耗与污染。相关成果已于 11 月 7 日发表于能源科学期刊《Joule》。

　　目前，大多数电池回收工艺依赖高温冶炼或强酸浸出，所得锂通常以碳酸锂形式存在，还需进一步转化为氢氧化锂后才能重新用于电池制造。于是，科研团队提出了一个更直接的思路：如果电池在充电时会“释放”出锂离子，能否用同样的反应来实现回收?

　　团队由研究人员西巴尼・丽莎・比斯瓦尔(Sibani Lisa Biswal)领导，她解释道：“我们提出了一个基本问题 —— 既然给电池充电能让锂从正极中脱出，为什么不利用同样的反应来回收?通过将这种化学反应与紧凑型电化学反应器结合，我们能够清洁地分离锂，并直接生成制造商所需的氢氧化锂。”

　　该反应系统的工作原理与电池类似。当电流通过时，锂离子从废弃正极材料(如磷酸铁锂)中释放出来，经由一层阳离子交换膜进入流动的水流。在另一侧电极上，水被分解产生氢氧根离子，随后锂离子与氢氧根在水流中结合，生成高纯度的氢氧化锂，全程无需额外化学药剂。

　　研究团队展示了一种“零间隙膜电极反应器”，其运行仅依靠电能、水和电池回收物(再生黑粉)。在部分模式下，能耗低至每公斤废料 103 千焦，比常见酸浸法的能量需求低了一个数量级。

　　该系统不仅在实验台上验证成功，还完成了实际耐久性测试。面积 20cm² 的样机连续运行 1000 小时，处理了来自法国道达尔能源的 57 克工业级电池黑粉。

　　研究员王浩天(Haotian Wang)表示：“直接生产高纯度氢氧化锂可以缩短废料回到新电池的路径，这意味着更少的工序、更低的废弃物，以及更具韧性的供应链。”

　　测试结果显示，该反应器生成的氢氧化锂纯度超过 99%，在不同运行模式下能耗介于每公斤 103 至 536 千焦之间，平均锂回收率接近 90%。此外，该工艺兼容多种电池化学体系，包括磷酸铁锂、锰酸锂以及多种镍锰钴配比的电极材料。

　　团队还展示了连续处理整卷磷酸铁锂电极的“卷对卷”(roll-to-roll)实验，无需预处理或剥离铝箔。

　　王浩天指出：“这一演示说明该技术可直接嵌入自动化拆解生产线中。只需将电极送入反应器，用低碳电力驱动，即可提取电池级氢氧化锂。”

　　未来研究将着重扩大反应面积、提高黑粉装载量，并开发更具选择性和疏水性的膜材料。团队还计划优化氢氧化锂的浓缩与结晶过程，以进一步降低能耗与碳排放。比斯瓦尔表示：“我们让锂的提取过程更清洁、更简化。接下来要攻克的瓶颈是浓缩环节，一旦突破，将带来更高的可持续性。”