锂是21世纪的黄金,因为它处于能源转型的核心。事实上,它是锂离子电池的重要组成部分,这些电池应用于大多数电子设备,从智能手机到大型电动汽车。然而,除了这些基于这种化学元素的设备似乎在能量密度方面接近理论极限之外,锂的提取还存在问题。此外,电池的寿命终止和回收问题变得越来越紧迫。然而,这一领域的发展仍处于起步阶段。
法国皮卡第·朱尔·凡尔纳大学固体反应与化学实验室(CNRS)的纳迪尔·瑞尚、蒙彼利埃大学的莫莱·塔哈·苏格拉提和他们的同事们的发现有望加速这一进程。解决方案在于一个词:锂化,即向材料结构中插入锂离子。电池放电时,阳极中的锂原子分解为锂离子(Li+)和电子。电子在供电设备内流动,而锂离子穿过电解质,到达阴极并与电子重新结合。在充电时,相反的过程发生。
如果不是由于寄生反应使锂偏离正轨,导致失效并使电池报废,一切就会顺利。这时,锂化技术登场,旨在通过“重新充电”锂来再生阴极。这类工艺存在,但它们的缺点是溶剂和能量消耗过高,这阻碍了其普及,甚至自1970年代以来被有些遗忘。化学家的创新技术避免了这些问题,因为它不需要任何其它化学品,且在室温下进行!此外,该方法易于实施且相当快速。
他们展示,只需将磷酸铁(FePO4,一种即将在电动车中占主导地位的阴极材料)磨成粉末,并将其与碘化锂(LiI)混合即可获得锂化磷酸铁(LiFePO4):反应通过简单接触即可完成。加热去除碘(I2)后,便可制造出具备与新制造阴极相同性能的再充电阴极。据研究人员介绍,这种方法同样适用于其他阴极材料。这些结果为大规模电池回收提供了新的希望,这是欧盟积极鼓励的一个趋势。