鋰離子電池由于其高能量和高功率密度，已成為便攜式電子產(chǎn)品和電動汽車的主流電源。隨著鋰離子電池產(chǎn)品的普及，未來將不可避免地出現(xiàn)大量的廢舊電池，必將對社會的可持續(xù)發(fā)展造成嚴重的壓力。天津大學胡文彬、陳亞楠教授團隊利用簡單浸漬法結(jié)合電化學原位轉(zhuǎn)化，將廢舊電池正極材料磷酸鐵鋰轉(zhuǎn)變成高效的析氧反應(yīng)電催化劑，該成果近日發(fā)表在《中國科學材料》上。
廢舊電池正極材料中含有的鐵元素是重要的金屬礦產(chǎn)資源,并作為多種催化劑的主要成分廣泛應(yīng)用于工業(yè)催化領(lǐng)域。受此啟發(fā)，團隊嘗試通過合理設(shè)計將廢棄電池中的磷酸鐵鋰材料轉(zhuǎn)化為高活性的納米催化劑。團隊通過引入鎳元素激活電池廢料中的惰性鐵元素獲得了高活性鎳鐵基納米片催化劑。
在催化反應(yīng)過程中，近球形微米磷酸鐵鋰顆粒會自發(fā)轉(zhuǎn)化為超薄納米片，這一結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生了大量開放空間結(jié)構(gòu)，從而大大加快了催化反應(yīng)過程。另一方面，鎳和鐵之間的協(xié)同作用還降低了電催化反應(yīng)所需要的能量進而提高了其催化活性。“用此方法新獲得的鎳鐵基納米片催化劑克服了廢棄電池中磷酸鐵鋰材料顆粒尺寸大、比表面積小、活性差等問題，在催化性能測試中表現(xiàn)出了與其他貴金屬催化劑相媲美的優(yōu)異催化活性和穩(wěn)定性。”天津大學材料科學與工程學院教授胡文彬介紹。
作為一種綠色且通用的方法, 該研究有望實現(xiàn)用低成本的電池廢料替代價格昂貴的貴金屬催化劑。該方法具有的材料損耗低、生產(chǎn)周期短、產(chǎn)率高、可放大等特點使其具有很高的工業(yè)價值、成本優(yōu)勢和市場潛力。廢舊電池材料的低成本高效回收利用也將為我國節(jié)能減排以及碳中和做出貢獻。(記者 陳曦 通訊員 張華)
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