科学家研发新型反应器：锂电池回收率超90%纯度达99%

11月11日最新动态显示，随着电动汽车在全球范围内迅猛普及，废旧电池如何实现高效回收与循环利用正成为产业关注的焦点议题。

为此，美国莱斯大学的一支科研团队成功研发出一种新型电化学反应器，能够从废弃电池中直接提取高纯度金属锂，从而大幅减少传统熔炼与化学萃取工艺带来的高能耗和环境污染。这项突破性研究成果已于11月7日正式发表于能源领域权威期刊《Joule》。

目前大多数电池回收工艺依赖高温熔炼或强酸浸出，所得锂通常以碳酸锂形式存在，还需要进一步转化为氢氧化锂才能重新用于电池制造。基于这一现状，科研团队提出了一条更直接的思路：既然电池充电时会“释放”锂离子，能否用类似的电化学反应实现逆向回收？

团队由研究员西巴尼·丽萨·比斯瓦尔（Sibani Lisa Biswal）带领，她解释道：“我们提出了一个根本性问题——既然给电池充电能使锂从正极脱出，为何不利用同样的原理进行回收？通过将这种化学反应与紧凑型电化学反应器结合，我们能够洁净地分离锂，并直接生成电池制造商所需的氢氧化锂。”

该反应系统的工作原理与电池颇为相似。当电流通过时，锂离子从废弃正极材料（如磷酸铁锂）中释放出来，经由一层阳离子交换膜进入流动的水流。在另一侧电极上，水被分解产生氢氧根离子，随后锂离子与氢氧根在水流中结合，生成高纯度的氢氧化锂，全程无需额外化学药剂。

研究团队展示了一种“零间隙膜电极反应器”，其运行仅依赖电能、水和电池回收物（再生黑粉）。在部分运行模式下，能耗可低至每公斤废料103千焦，比常见酸浸法的能量需求降低了一个数量级。

该系统不仅在实验台上验证成功，还完成了实际耐久性测试。面积为20cm²的样机连续运行1000小时，成功处理了来自法国道达尔能源的57克工业级电池黑粉。

研究员王浩天（Haotian Wang）表示：“直接生产高纯度氢氧化锂可以缩短废料回到新电池的路径，这意味着更少的工序、更低的废弃物产生，以及更具韧性的供应链。”

测试结果显示，该反应器生成的氢氧化锂纯度超过99%，在不同运行模式下能耗介于每公斤103至536千焦之间，平均锂回收率接近90%。此外，该工艺兼容多种电池化学体系，包括磷酸铁锂、钴酸锂以及多种镍钴锰配比的电极材料。

团队还展示了连续处理整卷磷酸铁锂电极的“卷对卷”（roll-to-roll）实验，无需预处理或剥离铝箔。

王浩天指出：“这一演示说明该技术可直接嵌入自动化拆解生产线中。只需将电极送入反应器，用低碳电力驱动，即可提取电池级氢氧化锂。”

未来研究将着重扩大反应面积、提高黑粉装载量，并开发更具选择性和疏水性的膜材料。团队还计划优化氢氧化锂的浓缩与结晶过程，以进一步降低能耗与碳排放。比斯瓦尔表示：“我们让锂的提取过程更洁净、更简化。接下来要攻克的是浓缩环节，一旦突破，将带来更高的可持续性。”

附论文地址：
https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.102197