阿贡实验室开发新回收工艺 助力制造电池和生物燃料

据外媒报道，从废旧车辆电池中分离有价值的金属，需要用到特别的化学分离工艺。电池正极中含有钴、锰和镍等成分，这些金属的开采成本都很高。多年来，科学家们一直在寻找利用回收电池制造新电池的方法。

（图片来源：阿贡实验室）

车用电池达到使用寿命极限时，会被送入粉碎机切成小块。从这些电池碎块中分离出有用的化学物质并非易事。美国能源部阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的研究人员采用一种名为电容去离子化（capacitive deionization）的方法，利用镍、锰和钴中的电荷，将其从废流中分离出来。该实验室的工程师Lauren Valentino表示：“在物理、化学和电化学原理基础上，各种分离方法的用途不同。在第一步的机械加工过程中，所能做的有限。因此，研究人员采用薄膜、吸附剂和电容去离子技术，以捕捉感兴趣的化学物质。”

电池回收很复杂，因为不同汽车使用的电池类型也不同。Valentino解释道，“当电池被粉碎时，所有的物质混合在一起，如正极、负极、电解质和隔膜。”在回收过程中，除了破碎较大的化学组件，还需要将其分离为基础元素。“制造电池像是在搭建一座乐高塔，用不同形状的小积木块搭成一座塔。如果要重建，则需要全部拆开，才能得到想要的东西。”

电容去离子法的优势之一在于灵活性。研究人员表示，通过控制流速和运行时间，这种方法可以兼容不同的材料和不同的运行策略。“通过控制材料及实施方式，确实可以控制正在分离的元素和化学品。”

除了电池回收，这种电容去离子工艺也可用于其他领域，如生产生物能源。在Valentino领导的生物加工分离联盟（Bioprocessing Separations Consortium）中，来自六个国家实验室的研究人员组成团队，共同研究和开发将生物质转化为生物燃料的分离过程和技术。

Valentino表示：“在某些情况下，有一个转换过程，然后是分离过程。这些反应器产生的是由不同成分构成的复杂混合物。研究人员必须分离和浓缩系统中的目标产物，对其进行催化升级，以生产所需要的生物燃料。”

电池回收技术以正电荷离子为目标。与之不同的是，制造生物能源需要关注的是带负电荷的分子。“本质上来说，这种电容去离子化法就像是一只‘爪子’，将目标分子挑选出来。”

分离出来的化合物具有多种用途，可以转化为碳氢化合物生物燃料，如可再生柴油或可持续航空燃料。研究人员已开始探讨更有效的分离方式，以促进实现可持续性交通。