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15 分钟的等离子体预处理有助于从废旧锂离子电池中回收锂、钴、镍和石墨，这表明回收利用可以采用化学用量更少、能耗更低的方法。
休斯顿——（2026年3月25日）——锂离子电池等关键矿物资源有限，且集中在世界特定地区。确保这些材料的可靠供应是世界各国政府的首要任务，然而大多数废旧电池最终都被填埋，释放有毒化学物质污染环境。莱斯大学材料科学与纳米工程系博士生高塔姆·钱德拉塞卡尔（Gautam Chandrasekhar）表示：“回收废旧电池是解决供应链紧张问题的最切实可行的方案，但研究表明，只有不到10%的废旧电池得到了回收利用。”他是这项开创性电池回收方法研究的第一作者。研究人员利用短暂的微波等离子体处理，在室温和相对温和的溶剂（包括柠檬酸）的作用下，回收了废旧电池中几乎所有有价值的金属。该工艺还能再生石墨——电池负极的主要材料。
“通过等离子体预处理，几乎95%的金属，包括锂，都可以从电池黑块中回收，而且所用酸的强度甚至比柠檬酸还要低，”莱斯大学普利克尔·阿贾扬研究小组的钱德拉塞卡尔说道。
目前的回收流程是将废旧电池粉碎成一种被称为黑块的物质，其中含有锂、钴、镍、石墨、锰、铝等矿物质。从黑块中提取矿物质通常需要高能耗的工业流程，涉及高温和强酸，而且回收率参差不齐。
“目前使用的工业电池回收工艺金属提取效率非常低，而且主要集中在正极，”莱斯大学助理研究教授、该研究的共同第一作者张翔说道。
锂尤其难以高效回收，而石墨——约占电池重量的22%——由于在传统的回收过程中容易受损，因此很少被回收利用。
“关于电池回收，最需要注意的一点是：石墨作为锂离子电池中体积最大的单一组分，在广泛的商业电池应用中几乎无法替代其作为负极材料的地位，”阿贾扬研究小组的研究科学家、该研究的通讯作者索希尼·巴塔查里亚（Sohini Bhattacharyya）说道。
巴塔查里亚表示，该研究的目标是开发一种用于电池回收的一步预处理工艺，该工艺可以添加到现有的工业流程中，以提高效率并减少对环境的影响，同时回收“所有关键材料，包括石墨”。
“我们假设，使用微波等离子体分解金属氧化物颗粒作为预处理步骤，可以使它们更容易在弱酸中进行湿法冶金回收，”巴塔查里亚说道。
为了验证他们的假设，研究团队使用了张教授定制的微波等离子体反应器。将黑色物质暴露于微波诱导等离子体（一种带电粒子的强等离子体）中 15 分钟后，超过 90% 的金属在室温下的柠檬酸浴中被回收，而锂则被选择性地回收于水中。此外，该处理方法还能去除电池使用过程中石墨表面积累的残留物和结构缺陷。
“回收的石墨重新用于电池负极时，表现出优异的性能，” Chandrasekhar 表示。
该技术已获得专利，研究团队正致力于将其商业化。早期技术经济分析表明，该工艺的性能可能优于目前的工业方法，尤其是在回收适合电池再利用的石墨方面。
“这是一种突破性的方法，能够以最小的化学品和能源消耗从电池黑色物质中回收所有关键矿物质，”莱斯大学本杰明·M·和玛丽·格林伍德·安德森工程学教授、材料科学与纳米工程教授 Ajayan 表示。
