科学家用果皮把旧电池变成新电池

由新加坡南洋理工大学（NTU新加坡）领导的科学家们开发了一种新颖的方法，利用果皮废料从废锂离子电池中提取和再利用贵重金属，从而制造出新电池。

该团队使用橙皮展示了他们的概念，橙皮可以有效地从电池废料中回收贵金属。然后，他们用这些回收的金属制成功能性电池，在此过程中产生的废物最少。

科学家们说，他们的“资源变废为宝”方法既解决了食品浪费，又解决了电子废物，支持了零浪费的循环经济的发展，在这种经济中资源被尽可能长时间地使用。估计全球每年产生13亿吨食物垃圾和5000万吨电子垃圾。

废旧电池通常采用极高的温度（超过500°C）进行处理，以熔化有价值的金属，这些金属会散发出有害的有毒气体。正在探索使用强酸溶液或弱酸溶液与过氧化氢提取金属的替代方法，但它们仍会产生构成健康和安全风险的二次污染物，或依赖危险且不稳定的过氧化氢。

NTU新加坡—CEA循环经济研究联盟（NTU SCARCE）实验室的联合主任马德哈维·斯里尼瓦桑（Madhavi Srinivasan）教授说：“当前电子废物的工业循环利用过程消耗大量能源，并排放有害污染物和液体废物，随着电子废物数量的增长，迫切需要采用环保的方法。我们的团队已经证明，使用可生物降解的物质是可行的。这些发现是建立在我们NTU能源研究所（ERI）的SCARCE现有工作基础上的。SCARCE实验室的建立是为了开发更环保的电子垃圾回收方式，也是NTU智能校园计划的一部分，该计划旨在为可持续的未来开发技术先进的解决方案。”

NTU材料科学与工程学院和生物科学学院的助理教授道尔顿·泰（Dalton Tay）说：“在新加坡这个资源稀缺的国家，城市采矿过程从各种废弃电子产品中提取有价值的金属变得非常重要。通过这种方法，我们不仅通过尽可能多地使用这些贵重金属来解决资源枯竭的问题，而且还解决了电子废物和食物垃圾积聚的问题，这两者都是日益严重的全球危机。”

低成本，可持续的方法

通过工业方法来回收产生有害污染物的电池废料，越来越多地探索使用水作为萃取溶剂的湿法冶金。此过程包括先将旧电池切碎并压碎，形成称为黑团的压碎材料。然后，研究人员在加热使黑色金属沉淀之前，将其溶于强酸或弱酸与其他化学物质（如过氧化氢）的混合物中，从黑色物质中提取有价值的金属。

道尔顿·泰教授说，虽然相对于传统方法而言，其相对生态友好，但在工业规模上使用这种强化学品可能会产生大量的二次污染物，构成重大的安全和健康风险。

NTU小组发现，将经过烤箱干燥并磨碎成粉末的橙皮与柑桔类水果中发现的一种弱有机酸柠檬酸结合使用，可以达到相同的目标。

在实验室实验中，研究小组发现他们的方法成功地从废锂离子电池中提取了约90％的钴、锂、镍和锰，其功效与使用过氧化氢的方法相当。

道尔顿·泰教授解释说：“关键在于橙皮中存在的纤维素，在提取过程中加热时会转化为糖。这些糖增强了电池废料中金属的回收。橙皮中天然存在的抗氧化剂，例如类黄酮和酚酸也可能有助于这种增强。”

重要的是，发现此过程产生的固体残留物是无毒的，这表明该方法对环境无害。

他们从回收的材料中组装出新的锂离子电池，其充电容量与商用电池相似。正在进行进一步的研究以优化这些由回收材料制成的新电池的充放电循环性能。

研究人员说，这表明这项新技术“在工业意义上回收废旧锂离子电池实际上是可行的”。

该团队现在正在寻求进一步改善由处理过的电池废料产生的电池的性能。他们还在优化条件以扩大生产规模，并探索在过程中取消使用酸的可能性。

也是来自南洋理工大学材料科学与工程学院的马德哈维教授说：“这种废物资源化方法还可能扩展到其他类型的富含纤维素的水果和蔬菜废物以及锂中。离子电池类型，例如磷酸铁锂和锂镍锰钴酸锂。这将有助于朝着新的电子垃圾循环经济迈进，并以更绿色、更可持续的方式为我们的生活提供动力。”