等离子体与柠檬汁技术可回收 95% 电池矿物

休斯顿 - (2026 年 3 月 25 日) - 关键矿物（如锂离子电池所用矿物）供应有限，且集中在全球特定地区。确保这些材料的可靠供应是各国政府的优先事项，然而大多数废旧电池最终被填埋，导致有毒化学物质渗入环境。

“回收废旧电池是解决供应链紧张最实际的方案，但研究表明，电池废料的回收率不足 10%，”莱斯大学（Rice University）材料科学与纳米工程系博士生、该研究的第一作者高塔姆·钱德拉塞卡尔（Gautam Chandrasekhar）表示。

研究人员利用短暂的微波诱导等离子体处理，在室温下使用相对温和的溶剂（包括柠檬酸）回收了电池废料中几乎所有的有价值的金属。该过程还再生了石墨——电池负极的主要材料。

“通过等离子体预处理，仅使用柠檬中发现的酸这类温和物质，就能从电池黑粉中回收近 95% 的金属，包括锂，”隶属于莱斯大学普利克尔·阿贾扬（Pulickel Ajayan）研究组的钱德拉塞卡尔说道。

目前的回收流程涉及将电池废料粉碎成一种称为“黑粉”的物质，其中含有锂、钴、镍、石墨、锰、铝等矿物。处理黑粉以提取矿物通常需要高能耗的工业流程，涉及高温和强酸，且回收率参差不齐。

“当今使用的工业电池回收流程金属提取效率很低，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（Xiang Zhang）表示。锂很难高效捕获，而石墨约占电池重量的 22%，由于在传统回收过程中受损，很少被回用于电池。

“关于电池回收，最重要的一点是：作为锂离子电池中体积最大的单一组件，石墨在广泛的商业电池应用中作为负极几乎是不可替代的，”阿贾扬组的研究科学家、该研究的通讯作者索希尼·巴塔查里亚（Sohini Bhattacharyya）表示。

巴塔查里亚表示，研究目标是开发一种电池回收的一步预处理工艺，可添加到现有工业流程中，以提高效率并减少环境影响，同时回收“所有关键材料，包括石墨”。

“我们假设，使用微波诱导等离子体分解金属氧化物颗粒作为预处理步骤，将使它们在弱酸中的湿法冶金回收更容易，”巴塔查里亚说。

为了验证假设，团队使用了由张翔定制的微波等离子体反应器。将黑粉暴露于微波诱导等离子体（一种带电粒子的激发气体）中 15 分钟后，超过 90% 的金属在室温下的柠檬酸浴中被回收，而锂则在水中选择性回收。

此外，研究发现该处理去除了电池使用过程中积聚在石墨上的残留物和结构缺陷。

“回收的石墨在重新引入电池后作为负极表现出优异的性能，”钱德拉塞卡尔说。

该技术已申请专利，团队正朝着商业化迈进。早期技术经济分析表明，该流程可能优于当前的工业方法，特别是能够回收适合重新用于电池的石墨形式。

“这是一种突破性方法，仅需最少的化学和能源使用即可从电池黑粉中回收所有关键矿物，”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学教授阿贾扬表示。

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