新化學分離技術使回收電池與生物柴油成為可能

阿貢研究人員正在研究分離技術的高級化學試劑，以實現回收電池以及生物燃料生產。(圖片由Lauren Valentino/阿貢國家實驗室提供。)

回收罐和瓶時，在某些時候有必要將塑料和金屬分開。回收汽車電池時，提取最有價值的金屬同樣需要分離，但這一次需要一種特殊的化學分離工藝。

電池陰極中發現的鈷、錳和鎳的開采成本很高，科學家們多年來一直在尋找一種可以通過廢舊電池制造新電池的方法。

當汽車電池壽命到達極限時，會被送到一臺自動切碎機上粉碎。從這些已粉碎的電池中提取有用的化學制品不是件易事。美國能源部(DOE)阿貢國家實驗室的研究人員已經轉向了一個被稱為電容去離子的工藝，該工藝通過鎳、錳和鈷的電荷將其從廢物流中分離出來。

阿貢工程師Lauren Valentino說：“基于物理原理、化學原理以及電化學原理，不同的分離技術用于不同的目的。在第一步中，機械過程只能做這么多，所以我們轉向膜、吸附劑以及電容去離子技術，這些技術可以用來重新捕獲感興趣的化學品。”

根據Valentino的說法，電池回收是非常復雜的，因為不是所有的汽車電池都是相同的。她說：“當需要回收汽車電池時，很難掌控你得到的是什么。當電池被切碎時，會有陰極、陽極、電解質、隔膜等各種各樣的混合物在一起。”

回收電池需要分解并將將大的化學成分分離成基本元素。Valentino表示：“制造電池就像用樂高(Lego)積木搭建一座塔一樣。通過不同形狀的小模塊搭建一座塔，但如果你想重建，就必須將所有的模塊拆解并分類，以達到目的。”

電容去離子的一大優點是靈活。根據Valentino的說法，電容去離子可以通過控制流量和操作時間適應各種材料和不同的操作戰略。她說：“通過控制材料和實施方式，我們能夠真正地定制分離出來的元素和化學品。”

Valtentino和她的同事用于電池回收的電容去離子工藝也在其他領域有應用，其中包括生物能源的生產。Valentino帶領生物加工分離聯盟(Bioprocessing Separations Consortium)，該聯盟由六個國家實驗室的研究人員組成，共同研究和開發生物質轉化為生物燃料所需的分離工藝和技術。(該聯盟于2016年，由能源部能效部與可再生能源部下屬的生物能源技術部成立。)

Valentino說：“在某些時候，有一個轉換步驟，再是分離工藝。當這些反應堆產生復雜混合物時，含有有許多不同元素，我們必須分離并集中系統感興趣的東西，催化升級，從而產生生物燃料。”

與帶正電的離子的電池回收技術不同的是，生物能源生產需要Valentino和她的同事尋找負電荷分子。本質上，我們的電容去離子工藝就像是“爪子”一樣，可以挑出我們感興趣的分子。

一旦分離，這些化合物都是多用途的，可以轉化為碳氫化合物生物燃料，例如，可再生柴油或可持續航空燃料。Valentino說：“我們只是剛開始探索不同的分離方式，更有效的分離可以使交通更加可持續。還有很多需要我們發現。”

這項研究是與NUMiX Materials共同合作完成的，并得到了美國國家科學基金會(National Science Foundation)的部分資助。