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Nat. Commun.: 集成電解液和界面控制實現(xiàn)鋰離子電池鈷和鎳選擇性電沉積

分子選擇性金屬分離是鋰離子電池電極可持續(xù)回收利用的關(guān)鍵。然而，具有接近還原電位的金屬對選擇性電沉積提出了根本性的挑戰(zhàn)，尤其是對于鈷和鎳等關(guān)鍵元素。

在此，美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校Xiao Su等人展示了電解液控制和界面設(shè)計的協(xié)同組合，以在電位依賴性電沉積過程中實現(xiàn)對鈷和鎳的分子選擇性。通過系統(tǒng)的分離測試、電化學(xué)表征、光譜和原位電重量分析，作者闡明了電解液和界面工程對鈷和鎳電沉積的可調(diào)選擇性的協(xié)同貢獻(xiàn)。

一方面，濃氯化物可以通過形成不同的陰離子氯化鈷絡(luò)合物（CoCl₄^2-）來控制形態(tài)，同時保持Ni的陽離子形式（[Ni(H₂O)₅Cl]⁺）。

此外，帶正電的聚電解質(zhì)（即聚二烯丙基二甲基銨）的功能化電極通過靜電穩(wěn)定改變CoCl₄^2-的遷移率，從而根據(jù)聚電解質(zhì)的負(fù)載量調(diào)整Co的選擇性。

圖1. 電解液和界面控制的協(xié)同效應(yīng)

研究結(jié)果表明金屬選擇性取決于電極電位和聚合物負(fù)載，從而形成一種表面可調(diào)的方法，用于在水溶液中直接分離鈷和鎳。該策略適用于從商業(yè)來源的鋰鎳錳鈷氧化物電極中回收多組分金屬，所報道的鈷和鎳的最終純度分別為96.4±3.1%和94.1±2.3%。

此外，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的基礎(chǔ)上，確定了背景電解液產(chǎn)生的極限成本，并提出了選擇性電沉積作為電池回收的一種有效分離方法的前景。

圖2. 選擇性電沉積在電池回收過程中的潛在用途

Selective cobalt and nickel electrodeposition for lithium-ion battery recycling through integrated electrolyte and interface control, Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-26814-7

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