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近日，中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士/王杰研究員和團隊，基于摩擦納米發(fā)電機的自驅(qū)動原理，成功構(gòu)建一種廢舊磷酸鐵鋰電池回收系統(tǒng)。
利于該系統(tǒng)可以生成碳酸鋰和磷酸鐵這兩種回收中間產(chǎn)物，它們的純度分別達到 99.70% 和 99.75%，如此之高的純度非常利于后續(xù)生產(chǎn)。
該成果不僅可以直接嫁接轉(zhuǎn)移到鋰電池回收企業(yè)之中，而且其中涉及的“新型電化學回收體系”“回收產(chǎn)物重新利用”“摩擦納米發(fā)電機”等前沿技術(shù)也具有單獨應用的廣闊前景。具體來講，主要包括如下部分：
其一，通過打造高效新型電化學回收體系從而用于正極材料的回收。目前，磷酸鐵鋰正極材料的回收主要以濕法回收為主，但是這種方法的工藝較為復雜，需要使用大量酸堿試劑，很容易造成二次污染。而本次成果采用電化學法氧化食鹽水，利用生成的 Cl-/ClO-氧化還原對，實現(xiàn)磷酸鐵鋰正極材料的回收，這能降低化學試劑的用量及種類，能將濕法回收的 10 個步驟縮短為 4 個步驟，在簡化工藝流程的同時，還具備節(jié)能環(huán)保降成本的優(yōu)點。同時，課題組最近的一系列工作表明，本次方法具有較好的通用性，能用于包括三元正極、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰等一系列正極材料的回收。
其二，可用于回收產(chǎn)物的重新利用，從而助力新正極材料的制備。鑒于回收中間產(chǎn)物的純度較高，因此可以直接將其作為磷酸鐵鋰正極材料的前驅(qū)體，通過氣氛隧道爐燒結(jié)的方法，即可實現(xiàn)高性能磷酸鐵鋰的重新制備。
同時，由于這種原材料來源于回收的前驅(qū)體，因此所制備的磷酸鐵鋰正極材料具有非常高的性價比優(yōu)勢。
其三，將摩擦納米發(fā)電機實現(xiàn)能源自給與系統(tǒng)自驅(qū)動。作為一種新型能量獲取器件，摩擦納米發(fā)電機具有體積小、重量輕、價格低廉、低頻高效等優(yōu)勢，能將環(huán)境中廣泛存在的機械能比如風能、人體運動機械能、水滴能等轉(zhuǎn)換為電能。
同時，借助其制備材料來源廣泛的優(yōu)點，通過合理利用電池的廢棄材料，比如電池殼、鋁塑膜、集流體等，再將摩擦納米發(fā)電機作為電力補充，就能有效降低用電量，助力于提升系統(tǒng)的自驅(qū)動性能。
綜上，整合之后的自驅(qū)動磷酸鐵鋰回收系統(tǒng)，集成了新型高效的電化學回收體系，能夠?qū)崿F(xiàn)回收產(chǎn)物的重新利用。其中，摩擦納米發(fā)電機等前沿技術(shù)，能夠直接遷移并用于電池回收企業(yè)。
在鋰電池全回收的實際應用中，本次系統(tǒng)具有較好的可行性，為廢舊鋰電池回收的設計原則提供了有力借鑒，預計能引起能源領(lǐng)域與可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。
最終，相關(guān)論文以《利用摩擦電納米發(fā)電機自行回收廢舊磷酸鐵鋰電池》（Self-powered recycling of spent lithium iron phosphate batteries via triboelectric nanogenerator）為題發(fā)在 Energy & Environmental Science（IF 32.5），Zhang Baofeng 是第一作者，王杰擔任通訊作者 [1]，中國科學院院士王中林是共同作者之一。
