基础科学研究院开发单一反应器全金属回收技术
大幅节省时间和成本，有望实现经济性
废旧电池回收可以同时实现节约成本、获取资源和保护环境，一举多得。尤其对于像韩国这样不产锂、镍、钴等电池材料的资源贫乏国家而言，这项技术尤为关键。韩国国内研究团队开发出一种只用一个反应器就能回收所有金属的废旧电池金属回收技术，可大幅节省时间和成本。
基础科学研究院（IBS）3日表示，隶属于先进柔性物质研究团的集团负责人 Bartosz Grzybowski（蔚山科学技术院特聘教授）研究团队，开发出一种仅用一个反应容器就能从废旧锂离子电池中回收金属的新方法。该方法有望简化复杂的回收工艺，大幅降低时间和费用。
锂离子电池是一种可以充电和放电的二次电池。锂离子电池由最轻的金属元素锂制成，因此重量轻、能量密度高，已广泛应用于手机、笔记本电脑、电动汽车等领域，未来需求还将进一步增加。然而，锂离子电池废弃物的数量不断增加，其处理方案成为棘手问题。随着充放电反复进行，电池性能下降、寿命耗尽后必须更换，而更换下来的废旧电池既不能直接填埋，也不能直接焚烧。由于存在较大的爆炸和起火风险，有毒物质还可能泄漏到外界，进入土壤和水体，从而引发环境和安全问题。
因此，从废旧电池中提取锂、镍、钴等昂贵原材料并加以再利用的技术备受关注。但现有回收工艺复杂且成本高昂，这是目前回收率极低的原因之一。大多数工艺会将废旧电池切碎、粉碎成黑色块状物（黑粉），再通过化学处理等步骤过滤出金属等原材料。首先，将黑粉转移到用于化学工艺的圆筒形罐体中，加入酸或与特定金属结合的萃取剂进行搅拌。就像水和油上下分层一样，溶解了特定金属的萃取剂会与溶解有其余金属的溶液分离。随后抽出只含某种特定金属的萃取剂，从中提取金属。通过反复这一顺序，用针对不同原材料的萃取剂分离各类金属。由此可见，传统工艺需要多个反应容器和各不相同的反应条件，流程十分复杂。为此，学界曾尝试利用隔膜在一个圆筒内实现金属的分离和提取，但在强力搅拌时隔膜容易破裂等问题始终难以克服。
研究团队将过去开发的化学工艺技术应用于废旧电池回收工艺，以提升效率。研究团队曾于2020年开发出一种化学合成系统，只用一个反应容器即可轻松处理多种化学工序。该系统基于“密度不同的溶液不会互相混合，而是分层堆积”的原理，在可旋转的圆筒内加入多种溶剂，利用这些溶剂搬运或分离反应物，从而大幅缩短既有化学合成过程所需时间。
此次开发的旋转反应器为水平结构，无需经过多个容器即可一次性完成金属混合物的分离与提取。容器内部由三个层次构成：供应金属混合物的层（进料层）、容纳分离后金属的层（受体层），以及防止两层互相混合的中间层（穿梭层）。供应金属的进料层呈强酸性，受体层酸性较弱。中间的穿梭层中溶解有有机溶剂，该溶剂在进料层与受体层之间往返移动，选择性地转移并分离金属。
当向进料层加入金属混合物并施加强烈旋转时，各层就像水与油互不相溶一样，层状结构不会被破坏而得以维持。由于中间穿梭层中的萃取剂作用，锂和镍留在进料层，锰和钴则迁移到受体层中。与采用隔膜的单一反应器不同，这一反应器即使在高强度搅拌下也毫无问题，这是其一大优势。
第一作者、首席研究员 Cristobal Quintana 表示：“与传统金属分离和提取方法相比，我们可以用浓度远低于以往的金属萃取剂，快速筛选出目标金属。此次技术不仅适用于电池用金属的分离，也可灵活应用于多种金属的分离技术，具有极高的应用价值。”
本次研究成果已于今年3月16日在线发表在国际学术期刊《Advanced Materials》上。
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