Battery metal recycling by flash Joule heating

材料科学 阳极 焦耳加热 电解质 阴极 金属 电池(电) 浸出(土壤学) 环境科学 冶金 化学 电极 复合材料 热力学 物理化学 土壤科学 土壤水分 功率(物理) 物理
作者
Weiyin Chen,Jinhang Chen,Ksenia V. Bets,Rodrigo V. Salvatierra,Kevin M. Wyss,Guanhui Gao,Chi Hun Choi,Bing Deng,Xin Wang,John T. Li,Carter Kittrell,Nghi La,Lucas Eddy,Phelecia Scotland,Yi Cheng,Shichen Xu,Bowen Li,Mason B. Tomson,Yimo Han,Boris I. Yakobson
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:9 (39) 被引量:48
标识
DOI:10.1126/sciadv.adh5131
摘要

The staggering accumulation of end-of-life lithium-ion batteries (LIBs) and the growing scarcity of battery metal sources have triggered an urgent call for an effective recycling strategy. However, it is challenging to reclaim these metals with both high efficiency and low environmental footprint. We use here a pulsed dc flash Joule heating (FJH) strategy that heats the black mass, the combined anode and cathode, to >2100 kelvin within seconds, leading to ~1000-fold increase in subsequent leaching kinetics. There are high recovery yields of all the battery metals, regardless of their chemistries, using even diluted acids like 0.01 M HCl, thereby lessening the secondary waste stream. The ultrafast high temperature achieves thermal decomposition of the passivated solid electrolyte interphase and valence state reduction of the hard-to-dissolve metal compounds while mitigating diffusional loss of volatile metals. Life cycle analysis versus present recycling methods shows that FJH significantly reduces the environmental footprint of spent LIB processing while turning it into an economically attractive process.
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