便携式储能对锂的需求无止境，因此必须采用可持续和低碳的方法来回收锂。传统的湿法冶金和火法冶金方法大量涉及危险化学品和大量二氧化碳排放。在此，通过将电极氧化与电解质氧化相结合，我们建立了光伏驱动的“双氧化”海水电解槽系统，以实现低碳足迹和高锂回收率。从废旧 LiFePO4 正极材料中回收锂的锂浸出率为 98.96%，产品纯度为 99.60%。深入的机理研究表明，电场驱动的电极氧化和原位生成的氧化电解质通过结构框架元素氧化和颗粒腐蚀分裂协同作用协同促进锂离子浸出。这种双氧化机制有利于快速、高效地提取锂，具有广泛的普适性，具有显著的经济和环境效益。我们的工作展示了一种在光伏驱动海水电解器中集成双重氧化的有前景的策略，为在可持续循环经济中从各种固体废物和矿物中低碳回收锂铺平了道路。
 
 
图 1. 电化学氧化驱动从富锂材料（以LiFePO4为代表）中提取锂的多种机制。（A）直接氧化法是在施加电场的情况下直接氧化LFP负极上的框架材料，产生静电排斥力促进Li+渗入电解液。（B）间接氧化法是由电解液的电催化化学氧化驱动，在钛电极上原位产生活性氧化剂，氧化主体材料进行锂渗出。（C）双氧化机制依靠电场驱动的电极氧化和电解液氧化来增强锂渗出。
 
 
图 2. 不同电解质中 LiFePO4 锂浸出情况比较。(A) 电化学极化曲线。(B) 锂浸出效率、(C) 浸出速率、(D) 计算反应速率常数、(E) XRD 图案和 (F) 在不同电解质中浸出锂后所得 FePO4 的晶粒尺寸。误差线表示三次重复的平均值 ± SD。
 
 
图3. 双氧化条件下 LiFePO4 的结构演化动力学。（A）充电条件下的原位 XRD。（B P）从阶段 I 到阶段 V 的原子分辨率非原位 HAADF 和 BF-STEM 图像和 FFT 图案。（Q）(020) 晶面间距的演变。（R）非原位 STEM-EELS 分析 Fe 化学态，L3/L2 峰强度比可用于量化 Fe3+/Fe。（S）非原位 Fe 2p XPS。（T）晶体结构动力学锂浸出的示意图。电化学浸出过程在 0.10 M NaCl 中以 2.50 V 的恒定电压进行。
 
 
图 4. 双氧化锂浸出机理和普遍性。(A)双氧化锂浸出机理的说明。(B)LiCo02，(C)LiMn2O4，(D)Li(NixCoyMn2)O2和(E)锂辉石锂浸出效率。晶体结构的演变(F)LiCo02，(G)LiMn2O4，(H)Li(NixCoyMn2)O2和(1)锂辉石。误差条是三个重复的平均值士标准差。
 
 
图 5. 光伏驱动的锂回收系统和沿海未来的工业园区。（A）多通道海水电解器浸出系统示意图和（B）光学照片。（C）海水电解质中的浸出动力学。（D）回收的 Li2CO3 的 XRD。（E）使用海水的光伏驱动锂回收工厂的概念。误差线：三次重复的平均值±SD。
 
 
图 6. 环境效益与技术经济评价。（A）双氧化浸锂与传统方法相比的环境效益。（B）双氧化浸锂的技术经济分析。
 
       相关科研成果由南方科技大学Hong Chen， Chunmiao Zheng，Zhang Lin等人于2024年发表在PNAS（https://doi.org/10.1073/pnas.2414741121）上。原文：Photovoltaic-driven dual-oxidation seawater electrolyzer for sustainable lithium recovery
原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2414741121

转自《石墨烯研究》公众号