科學家們開發了一種更清潔的方式，利用一種常見於葡萄酒中的天然酸進行電化學技術，來分離鋰電池材料中的鈷和鎳。隨著電動車、智能手機和電網儲能系統的擴展，對鋰電池的需求正在迅速上升。這些電池在很大程度上依賴於鈷和鎳等金屬，因此從使用過的電池中有效回收這些金屬變得越來越重要。然而，分離這兩種金屬相當困難。行業通常依賴溶劑萃取，這是一種使用大量有機溶劑和化學劑來從溶解材料中分離金屬的採礦技術。雖然這個過程有效，但成本高且對環境造成問題，尤其是在電池回收中，由於金屬濃度低且多種離子混合在一起，這種方法的應用也面臨困難。
研究小組由化學與生物分子工程助理教授劉亞元（Yayuan Liu）領導，探索了一種基於電解冶煉的替代方法。這種技術在工業中廣泛用於回收銅，通過還原溶解的金屬離子並將其沉積為固體金屬在電極上。劉表示，現今的鋰電池是一種我們依賴的能源，而沒有鎳和鈷幾乎無法製造出來。獲取大量這兩種金屬對於清潔能源轉型至關重要。
研究人員表示，這種方法尤其適用於城市採礦，即從廢棄電子產品和用過電池中回收有價值的礦物。資源有限的國家越來越依賴回收來確保關鍵材料的供應。劉指出，電解冶煉在城市採礦中的優勢為我們提供了一條實際的途徑，將電池廢料轉變為鈷和鎳的珍貴資源，同時幫助美國減少對外國供應鏈的依賴。
該想法源於與邁克爾·貝滕博（Michael Betenbaugh）的合作，他希望使電池回收更加可持續。許多回收過程使用礦物酸來溶解電子廢料中的金屬，然後再進行分離。科研團隊選擇探索生物酸，這是一種通過微生物發酵產生的有機酸。這些酸能夠溶解金屬，並且以化學方式與金屬相互作用，影響後續的分離步驟。
我們測試了不同的生物酸，發現當它們與金屬離子相互作用時，會改變它們的行為，使鈷和鎳的分離變得更可行。劉表示，在測試的酸中，酒石酸尤其有效。該化合物天然存在於葡萄中，並在釀酒中廣泛使用。劉說，酒石酸形成了一種非常特殊的複合物，因為它在碳鏈上有兩個羥基，能夠創造出二核複合物，從而最大化鈷和鎳之間的分離因子。其他測試的酸沒有這種結構。
在使用模型電池廢料的實驗室測試中，該方法在電解冶煉階段成功分離了鈷和鎳。研究人員目前正在對真實的電池廢料和包含其他競爭離子及較低金屬濃度的更複雜電子廢料進行測試。劉表示，我們正在朝著更大規模和更複雜的廢料材料邁進。我們的目標是證明這項技術能夠在現實的回收場景中運作。該研究發表在《科學進展》期刊上。
