赖斯大学的研究人员确实有一个解决方案，可以解决因电动汽车，手机和其他电子设备不断增长的需求而导致的二手锂离子电池供过于求的问题。
Rice实验室的材料科学家Pulickel Ajayan使用环保的低共熔溶剂从锂离子电池中常用的阴极金属氧化物中提取有价值的元素。研究人员表示，目标是减少使用苛刻的工艺来回收电池并使其远离垃圾填埋场。
由商品氯化胆碱和乙二醇制成的溶剂从粉末化合物中提取了90%以上的钴，从废旧电池中提取的含量较少但仍然很大。
“可再充电电池的浪费，特别是来自锂离子电池的电池，将来会成为越来越危险的环境挑战，因为通过电动汽车和其他设备的使用对这些电池的需求急剧增加，”Ajayan说。
“重要的是回收钴等战略性金属，这些金属供应有限，对这些储能装置的性能至关重要，”他说。“从塑料的现状中汲取教训的是，现在正是采取全面战略来回收不断增长的电池废弃物的最佳时机。”
结果出现在Nature Energy中。
赖斯研究生和主要作者Kimmai Tran说：“以前曾尝试使用酸。” “它们是有效的，但它们具有腐蚀性，不具有环保性。总的来说，回收锂离子电池通常很昂贵，对工人来说也是一种风险。”
她说，其他过程也有缺点。火法冶金涉及在极端温度下破碎和混合，有害烟雾需要擦洗。湿法冶金需要腐蚀性化学品，而其他提取金属离子的“绿色”溶剂通常需要额外的试剂或高温工艺才能完全捕获它们。
“这种低共熔溶剂的优点在于它能溶解各种金属氧化物，”Tran说。“它实际上是由鸡饲料添加剂和常见的塑料前体制成的，当它们在室温下混合在一起时，形成一种清澈，相对无毒的溶液，具有有效的溶剂化特性。”
低共熔溶剂是两种或更多种化合物的混合物，其在远低于其每种前体的温度下冻结。她说，通过这种方式，人们可以从简单的固体组合中获得液体。
“冷冻和熔点的大幅下降是由于不同化学物质之间形成的氢键，”Tran说。“通过选择合适的前体，可以制造出具有有趣特性的廉价'绿色'溶剂。”
当Tran加入时，Rice集团已经在下一代高温超级电容器中测试共晶溶液作为电解质。
“我们试图在金属氧化物超级电容器中使用它，它正在溶解它们，”赖斯研究科学家和共同作者Babu Ganguli说。“解决方案的颜色会发生变化。”
共晶是从超级电容器的镍中提取离子。
“我们的团队正在讨论这个问题，我们很快就意识到我们可以利用被认为是电解液不利的因素来解决和回收废旧锂电池，”Ganguli说。
这成为了Tran的焦点，因为她在不同的温度和时间尺度上测试了金属氧化物上的低共熔溶剂。在使用锂钴氧化物粉末的测试期间，透明溶剂产生宽范围的蓝绿色，表明存在溶解在其中的钴。
在180摄氏度(356华氏度)下，溶剂提取了近90%的锂离子，当满足某些条件时，从粉末中提取高达99%的钴离子。
研究人员制造了小型原型电池，并将电池循环300次，然后将电极暴露在相同的条件下。证明溶剂能够溶解钴和锂，同时将金属氧化物与电极中存在的其他化合物分离。
他们发现钴可以通过沉淀或甚至电镀到共晶溶液中回收到钢网，因为后一种方法可能允许重复使用深低共熔溶剂本身。
“我们专注于钴，”赖斯校友马克斯罗德里格斯说，他现在是阿贡国家实验室的博士后研究员。“从资源的角度来看，它是最关键的部分。手机中的电池肯定会有很多。锂也是非常有价值的，但钴尤其不仅环保，而且从社会的角度来看，很难获得“。
他指出，能源部正在加大推进电池回收技术的力度，最近又宣布了一个锂离子电池回收中心。
前进的道路需要继续努力。
“我们很可能无法完全回收和替代采矿，”Tran说。“这些技术相对较新，需要进行大量的优化，例如探索其他的低共熔溶剂，但我们真的相信有可能采用更环保的方式进行肮脏的化学反应。可持续性是其中的核心。在我的职业生涯中，我的工作和我想做的事情。“
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