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科学家使用电解来恢复失效的锂离子电池,促进旧电池的再利用

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2021年5月13日

芬兰阿尔托大学的科学家坦贾·卡利奥主要研究对象是:高分子电解质膜,高分子电解质燃料电池,PEFC,电催化剂,电解槽,锂离子电池,超级电容器,电极材料。她找到了一种复兴锂离子电池并促进其再利用的方法。

当前的电池回收方法需要昂贵且耗能的过程来分离和纯化材料,然后再使用它们。锂离子电池可以通过处理整个电池,或在开始恢复过程之前拆卸电池来进行回收。后者更受欢迎,但是如果没有合适的设备,拆卸可能是一个费力的过程。

这种称为“重新锂化”的新工艺旨在扭转锂的逐渐流失,这是导致电池停止工作的原因。该概念本质上是使用电解的“复兴”过程。

阿尔托大学教授坦贾·卡利奥Tanja Kallio解释说: “通过重复利用电池的结构,我们可以避免在回收过程中常见的大量劳力,同时可以节省能源。”

当比较已经重新锂化的锂电池中的电极性能与全新电池时,容量几乎是相等的。

电子产品和电动汽车对锂离子电池的需求正在迅速增长。根据研究,从2010年到2018年,需求的年增长率一直为30%,将来锂离子电池市场预计将继续以每年约25%的速度增长。

复兴锂离子电池并促进其再利用的方法,并不意味着再生的电池可以替代新的电池,但可以潜在地降低回收电池组件和材料所涉及的成本和复杂性。

锂离子电池是一种二次电池(充电电池),它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。

锂系电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池,通常人们俗称其为锂电池。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极,是现代高性能电池的代表。而真正的锂电池由于危险性大,很少应用于日常电子产品。

锂离子电池由日本索尼公司于1990年最先开发成功。它是把锂离子嵌入碳(石油焦炭和石墨)中形成负极(传统锂电池用锂或锂合金作负极)。正极材料常用LixCoO2 ,也用 LixNiO2 ,和LixMnO4 ,电解液用LiPF6+二乙烯碳酸酯(EC)+二甲基碳酸酯(DMC)。

2019年10月9日,瑞典皇家科学院宣布,将2019年诺贝尔化学奖授予约翰·古迪纳夫、斯坦利·惠廷厄姆和吉野彰,以表彰他们在锂离子电池研发领域作出的贡献。