高性能电池设计 废旧锂电池回收！中国科大同一课题组连发两项研讨效果 (高性能电池设置)

近日，中国迷信技术大学（下称“中国科大”）化学与资料迷信学院教授陈维课题组在电池研讨范围连发两项效果。

其中一项为初次报道氢气电极作为正极的电池化学新体系，为基于氢气正极设计高性能电池提供了一种新途径。该项研讨宣布在国际期刊《德国运转化学》（Angew. Chem. Int. Ed）上，题为“Rechargeable lithium-hydrogen gas batteries”。

研讨团队表示，氢气（H2）作为最具前景且经济高效的可再生资源之一，仰仗其适宜的氧化恢复电位、低过电位以及终年稳如泰山性，可在与高活性电催化剂结合时，成为一种极具吸引力的电池电极资料。

通常上，自20世纪60年代以来，可充电的镍-氢气（Ni-H）电池化学因其高稳如泰山性、牢靠性和持久性，已被NASA成功运转于航空航天范围逾越30年。

近年来，陈维等人聚焦于氢气电池，创制了不同类型的氢气电池体系，包括先进的镍-氢气电池、卤素-氢气电池、质子-氢气电池以及碳-氢气电池等，并在大规模储能中展现出微小潜力。

上述这些体系均将氢气电极用作负极。在这项最新的研讨效果中，研讨团队则提出，氢气的优秀氧化恢复特性不只使其可作为负极，还可作为极具潜力的正极，与低电位负极配对。基于氢气正极的电池在与碱金属负极结合时，可展现出更高的能量密度和任务电压。其中，锂金属负极在高电压和高能量密度的氢气电池运转中具有微小潜力。

Li-H电池结构和任务表示图。中国科大官方

最新效果初次报道了一种可充电锂金属-氢气（Li-H）电池，该电池运行了最轻的两种元素Li和H。研讨显示，H2正极的优秀特性使该电池展现出极具吸引力的电化学性能，包括高达2825 Wh kg-1的通常比能量、3 V的放电电压、99.7%的循环能量效率、5-20 mAh cm-2的可逆面容量、-20℃至80 ℃的宽任务温区及活性资料的高运行率。

此外，研讨团队还进一步构建了一种无负极Li-H电池，在初次充电时从低本钱的锂盐中堆积锂金属生成负极，进一步优化了电池的通常能量密度和经济适用性。

相同在近日，陈维课题组的另一项研讨效果宣布在国际期刊《天然-可继续展开》（Nature Sustainability）上，题为“Electrochemical lithium recycling from spent batteries with electricity generation”。初次提出了一种基于电化学原理的绿色可继续废弃物回收控制战略，能够同时成功废旧锂离子电池正极资料中的锂资源回收和工业尾气中的氮氧化物污染物的捕捉和转化。

研讨团队巧妙设计了一种无能量消耗的回收方法，运行尾气中二氧化氮的电化学恢复电位与废旧电池正极资料的电化学氧化电位差，不只成功回收了废旧电池正极资料中的锂资源，还将二氧化氮转化为低价值的硝酸锂盐。

与此同时，这一环节还能成功大批的能量输入，为锂回收与污染物控制提供了一种高效、环保且具有经济价值的全新处置计划。

废旧锂离子电池正极和二氧化氮污染物同时回收设计思绪。中国科大官方

详细而言，锂离子将自发地从废旧锂电池正极资料中脱出进入电解液中，而另一侧的二氧化氮则会被恢复为亚硝酸根，两者结合构成的亚硝酸锂为直接的电化学反响产物，同时出现大约0.4 V的输入电压。电化学反响产物亚硝酸锂则会被空气中的氧气进一步氧化成为愈加稳如泰山的硝酸锂产物。

研讨团队还剖析了上述回收战略与传统回收战略在经济和环保等方面的优劣势。针对电池回收工艺中各个关键回收步骤的能耗、二氧化碳排放以及本钱收益启动系统性的核算后显示，他们所提出的回收工艺在能耗和二氧化碳排放量上远远低于目前支流的回收战略，标明该战略在绿色可继续经济上具有相对的抢先优点。对本钱收益计算结果剖析，标明该战略也是优于其它四种传统回收战略。

陈维系中国迷信技术大学运转化学系特任教授、博士生导师，合肥微尺度物质迷信国度研讨中心教授。值得一提的是，其于2014-2018年时期在斯坦福大学从事博士后研讨任务，导师为美国国度迷信院院士，全球著名的资料和动力迷信家崔屹教授。

陈维于2019年7月入职中国迷信技术大学，专注于大规模储能电池、电催化等研讨。官方显示，其关键研讨方向为氢气二次电池的开发与运转、新型水系离子储能电池、电催化剂的微观调控与机理探求。