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《废弃锂金属回收利用新思路 东南大学锂金属负极研究取得进展》

  • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： 冯瑞华
  • 发布时间：2020-07-31

  • 金属锂负极被视为高比能电池最理想的负极材料。然而，锂负极在充放电过程中存在锂枝晶的问题，导致电池容量迅速衰减和安全隐患问题。近日东南大学材料学院陈坚课题组在国际能源顶级期刊Nano Energy（IF 16.602）发表了题为“The role mechanical pressure on dendritic surface toward stable lithium metal anode”的研究论文。

    本项工作通过力学方法加工表面存在锂枝晶的金属锂负极，构建了特殊的表面多孔结构和残余内应力场，大幅度改善了锂的溶解与沉积行为，并结合FEM模拟和电化学理论阐明了应力场对电化学电位和交换电流密度的作用。该工艺方法简单，效果显著，优化的锂负极在高的充放电电流密度和充放电容量下均具有优异的表现，并且该方法为废弃锂金属的回收利用提供了新思路。

    陈坚教授课题组致力于高性能储能材料的设计与开发、等离子体表面技术开发与应用以及多场微纳米力学研究。本论文由博士生秦立光和硕士生汪可华为共同第一作者，陈坚教授为通讯作者。该研究工作得到国家重点研发计划（2019YFE0191500），江苏省双创团队和东南大学培育项目的资助。

    原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520306753?via%3Dihub

  • 原文来源：http://www.xincailiao.com/news/news_detail.aspx?id=576430
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相关报告

  • 《废弃车辆中大量稀有金属未被回收》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-03-12
    • 在欧洲城市堆叠如山的废弃车辆中，大量稀有金属正在流失，其中包括每年20吨黄金，而汽车中关键金属的比例仍在不断增加。一个记录了金属的图表并促进回收的数据库已经发布。3月8日，查尔默斯大学的研究者Maria Ljunggren Söderman将在国际能源机构的专家会议上公布结果。 金属，如黄金、钴和锂，是电池、手机、电子产品和汽车不可或缺的一部分。与此同时，欧洲高度依赖进口金属，这使得一些金属对欧盟至关重要 “这些金属需要不断向绿色技术过渡，比如电动汽车、太阳能电池、LED照明和风能，因此任何供应风险都是欧盟的战略和经济问题。更重要的是，这些是有限的资源，必须以可持续的方式使用。”查尔默斯大学环境系统分析研究者Maria Ljunggren Söderman说。 她为大规模欧洲研究项目Prosum做出了贡献。Prosum现在已经编制了一个新的数据库来解决这个问题---- “城市矿藏平台”。该数据库是世界上唯一绘制可回收金属的图表，这些金属可以从报废的汽车、电气电子设备中回收。Maria Ljunggren Söderman负责调查欧洲港湾中2.6亿辆轻型车辆。她指出，关键和稀有金属的数量已经大幅增加，而且车辆中现在也包含了许多新金属。 “这主要是因为我们正在制造越来越先进的汽车，其中有大量的电子产品、轻质材料和催化转换器。电动汽车数量的增加促进了这一发展，尽管到目前为止它们只占车辆数量的一小部分，”她说。其中一个例子是钕，一种稀土金属(REM)。据估计，到2020年，将有近1.8万吨的钕在现役车辆上，这一数字是2000年的9倍。 黄金是另一个例子，研究人员对汽车中隐藏的黄金数量如此之大感到惊讶。在2015年，欧洲的车辆总数中估计有大约400吨黄金，而废弃的车辆中含的20吨黄金没有被回收。这意味着每年价值数亿欧元的黄金被浪费掉。“我们的计算结果显示，在报废的车辆中，黄金的数量与电气电子废料的数量相同。”这是一个不容忽视的增长，”Ljunggren Söderman说。 一般来说，汽车中关键和稀有金属被回收利用的极少。主要的挑战是它们以小数量分散开来;例如，在一辆新车中，可能有一两克的黄金分布在几十个部件上。但是，尽管欧盟对电气电子设备中贵重金属的回收有着明确的要求，但对于汽车来说，这类规定还不够。“从汽车回收黄金没有任何要求或奖励，但这里有明确的经济价值，我认为人们没有意识到这一点。”她说。 Maria Ljunggren Söderman希望这一研究成果能推动变革。“汽车制造商和回收及材料行业需要共同努力，以确保产生影响力。现在我们应该做得更多，毕竟，这是通过电气电子设备实现的。”她说。“话虽如此，黄金是一种相对容易实现的目标，回收其他关键和稀有金属的前景明显不那么有利——无论是电子设备还是汽车。”如果我们想改变这一点，政策的改变必不可少。 3月8日，她将在国际能源署(经济合作与发展组织国家的国际能源机构)组织的运输领域内的材料趋势和气候变化专家会议上提出她的研究成果。她强调，加大对金属的回收利用是欧盟努力创造一个更循环的经济的关键部分。“我们产品中的关键和稀有金属大幅增加，在大多数情况下，我们只使用一次而不回收。这必须得到解决，特别是因为这些金属是我们所研究的许多可持续技术解决方案所需要的。”她说。 在国际欧盟项目Prosum (Prospecting Secondary raw materials in the Urban mine and Mining wastes，在城市矿山和矿山废弃物中找矿二次原料。)中，来自大学、研究机构和专家组织的17个缔约国共同调查了从欧洲的电池、车辆和电子设备中可以回收的关键和稀有金属的数量。该项目由欧盟“地平线2020”研究项目资助。研究结果在名为“城市矿山平台”(Urban Mine Platform)的数据库中得到了展示，该数据库显示了金属从进入市场到它们变成废物所走的路线。其目的是创建一个知识库，以减少对进口的依赖，并更有效地利用废弃产品中的资源。 查尔默斯大学的研究员Maria Ljunggren Soderman，来自查尔默斯大学技术管理和经济学系的环境系统分析部门，负责对该项目的车辆进行调查。隆德大学的Duncan Kushnir和瑞士欧洲金属加工商协会（EMPA）的Amund N. Løvik也参与了车辆调查。 • 在欧盟、挪威和瑞士，每年大约有1000万吨的电气电子设备和200万吨的电池被丢弃，同时还有1400万吨的车辆报废。 • 欧盟平均每人拥有250公斤电气电子设备，17公斤电池和近600公斤的汽车。 • 一款智能手机包含大约40种关键和稀有金属，其黄金含量比最富有的黄金矿石高出25-30倍。 • 2015年，欧盟、挪威和瑞士总车辆中，约有30吨黄金在进入刚市场的新车中，约400吨黄金在现役车辆中，还有大约20吨黄金在废弃车辆中。 城市矿藏平台绘制了地球化学方面稀有金属的图表，即在地壳中低含量的金属。许多金属也在欧盟的关键金属清单上，这意味着它们对欧洲经济非常重要，同时有限可用性的风险也很高，主要是由于对进口的严重依赖。
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  • 《金属所在稀土回收研究方面取得进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2020-04-20
    • 稀土是制备高新材料的关键基础材料。在众多稀土功能材料中，磁性材料应用最广，主要包括稀土永磁、磁致伸缩及磁致冷材料等。稀土永磁材料钕铁硼被广泛应用于清洁能源汽车、风力发电、节能家电、工业电机、轨道交通、电子信息等民用产品领域，以及电子对抗与干扰、导航系统、航空航天等高科技领域，是实施制造强国战略的关键材料之一。 大多数稀土磁性材料是由稀土元素与 3d 过渡金属 TM 3d 构成的金属间化合物，如 Nd 2 Fe 14 B 、 Sm 2 Co 14 、 TbDyFe 等。这些合金材料中稀土含量较高，制备 1 吨稀土永磁材料钕铁硼，需约 0.3 吨稀土（包括钕、镨、镝、铽等）。在我国稀土年消耗量中，超过 40% 的稀土用于制备钕铁硼。这导致我国稀土资源利用极不平衡，稀土磁性材料高度依赖的钕、镨、镝、铽、钐等低丰度昂贵稀土日益紧缺。 回收废钕铁硼是化解关键稀土元素供给危机和保持我国稀土资源全球优势的有效办法。从稀土废料源头来看，钕铁硼占绝大多数。钕铁硼废旧料主要来源于材料制备过程中产生的废料（废品量约为 30% ），以及因更新而被淘汰的废旧产品。钕铁硼中 Nd 2 Fe 14 B 为主相，稀土与过渡金属原子间形成较强的键能。钕铁硼含有改善其综合性能的镨、镝、铽、钴、铝、铜等其它元素，为了避免氧化，通常在钕铁硼产品表面电镀金属层。因此，提取钕铁硼废旧料中的稀土具有难度，尤其如何实现稀土与其它金属的绿色高效分离以及高值化再利用是关键。 近年来，金属研究所材料特种制备与加工研究部赵九洲研究组何杰博士领衔开展了 钕铁硼废旧料回收新技术研究。基于金属原子间的相互作用，研制了一系列用于选择性自发溶出钕铁硼中稀土元素的捕集剂，揭示了稀土元素在钕铁硼 / 捕集剂界面间的扩散行为及其控制方法，提出了钕铁硼“稀土无酸自组装溶出”新方法，建立了钕铁硼循环再利用技术路线，回收获得了各种稀土氧化物产品和铁硼合金。研究实现了将钕铁硼中的所有稀土元素在数分钟内“一步式”选择性提取，总提取率大于 97% 。钕铁硼中稀土被提取后，残余物为铁硼合金（由铁、硼、钴、铜和铝等元素组成，其中铁含量约 95% 、氧含量低于 20ppm ），精炼后可以循环再利用或用作特种钢材。与“盐酸优溶”等传统方法比较，本研究的“稀土无酸自组装溶出法”避免了钕铁硼中铁、硼等与稀土一同焙烧氧化和强酸浸出，缩短了工艺流程和周期，大幅减少了强酸使用和废液排放量，实现了二次固废酸性赤铁渣（ Fe 2 O 3 ）的零产生及铁资源的高值转化，有效提高了稀土的回收率，具有更优的经济和环境效益。“稀土无酸自组装溶出”可与“萃取分离”联合使用，在短流程、低成本和环保前提下，回收得到满足市场要求的纯度约 99.5% 的单稀土金属氧化物产品。 该方法普适性强，不仅可处理稀土永磁材料钕铁硼和钐钴合金，也可回收 由稀土 RE 和 3d 过渡金属 TM 3d 构造的其它 RE-TM 3d 基稀土磁性材料，以及镍氢电池电极材料。除了废钕铁硼，还对稀土熔盐电解渣开展了循环再利用研究，获得了含量不低于 99% 的 镨钕氧化物产品。目前研究团队正与企业合作开展稀土回收方面的研究，旨在推进该项技术的实际应用。 相关工作得到了国家自然科学基金项目的资助。
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