人們對於鋰金屬的需求不斷增加，但開採、提煉、回收鋰金屬都會對環境造成污染，若使用對環境友善的回收方法，則存在效益低下的問題。近期，美國一大學研發出一種高效、低耗能的方法回收鋰，可減少化學回收造成的污染。
鋰電池上最關鍵的是鋰金屬，這些東西用於電子產品、電動車，甚至到電網的儲能系統上。據一些統計數字顯示，2023年全球鋰電池的市場價值估計為500億到600億美元左右，且預計十年後成長至一千多億美元。
不過，隨著鋰電池市場不斷擴大，可能造成電池中常用的鋰（Li）、鈷（Co）和鎳（Ni）金屬出現供應短缺的問題。因此一些人將目標轉向廢棄的鋰電池，希望能從中回收金屬進行再利用。
儘管傳統的鋰電池回收方法在經濟上可行，但使用的浸出劑是濃酸、強還原劑或腐蝕劑，容易對環境造成污染，而過去使用對環境負擔較小的低共熔溶劑（DES, deep eutectic solvent）進行溼式冶金回收的方法只能回收不到5%的鋰，不符合經濟效益。因此，大多回收業者將目標集中在鈷、鎳等過渡金屬上。
今年6月底，《先進功能材料》上發表了一項新的研究成果：美國萊斯大學（Rice University）將廢棄的鋰電池放入特製的DES溶劑後，再用微波輻射加熱，讓溶劑能夠快速選擇性地回收鋰金屬。
新技術細節
研究團隊之所以選用DES溶劑，是因為它可以從不同的樣品中萃取並分離出不同的目標成份，具有對環境友好、製備簡單、成本低、易生物降解等優點。
研究人員拿氯化膽鹼（ChCl）、乙二醇（EG），以3比2的比例製成的DES溶劑，再用微波輻射作為加熱輔助，只需30秒就能萃取鋰金屬，效率高達50%；在30分鐘內，萃取率接近100%。之所以選用氯化膽鹼和乙二醇，是因為乙二醇可以讓鈷、鎳氧化物形成氫鍵，再與氯化膽鹼中的氯離子形成可溶性氯金屬酸鹽化合物。
另外，氯化膽鹼具有善於吸收微波的特性，因此研究人員將電池廢料浸入溶劑中時，藉由微波輔助加熱，達到縮短溶液與電池廢料的反應時間，讓其能在30秒內快速萃取鋰，且過程中無需使用額外的還原劑。
此外，微波輻射熱效應還減少了顆粒聚集，促進了大孔和裂縫的形成，增加電池廢料和DES溶劑之間的接觸面積使金屬萃取加速。
高效率新工藝
研究人員發現，這種基於微波的工藝與油浴等傳統加熱方法相比，只需要15分鐘就能達到87%的萃取率，而油浴加熱則需要16到18小時才能達到相同的回收率。
他們還發現，使用基於微波的工藝，反應持續30分鐘，鋰、鈷、鎳浸出效率分別為96.6%、37.2%和31.5%。若該方法在160°C到180°C時，也能保持鋰萃取的選擇性，但220°C時的表現更良好。
這種快速微波方法不僅減少時間和能量消耗，提高回收效率，還防止了DES因長時間加熱，導致過快的降解問題並提高其循環壽命，有助於改善鋰電池回收的經濟性和對環境的影響，並提供可持續的解決方案。
這種方法還可以應用於具有不同成份的DES系統，以嘗試快速提取其它種類的金屬，讓DES系統被賦予對特定金屬的選擇性。
論文的主要作者之一、萊斯大學博士生薩爾瑪阿爾哈希姆（Salma Alhashim）表示：「目前鋰電池的回收率低下，原因在於電池廢料中的其它金屬會先沉澱，最後才是鋰金屬沉澱。這裏我們用氯化膽鹼和乙二醇混合出DES溶劑，讓鋰金屬被氯化膽鹼中的氯離子包圍後，能夠快速萃取出來。」◇
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