圣彼得堡国立大学的化学家们创造了一种快速高效的锂离子电池石墨阳极处理方法
圣彼得堡大学的科学家们已经开发出一种节能和快速的方法来回收锂离子电池的主要元素之一——石墨阳极。
锂离子电池目前用于消费电子产品、手机、笔记本电脑、数码相机、摄像机和电动汽车。 锂离子电池（LIB）或电池的回收在世界和俄罗斯变得越来越重要。对这种加工方法的研究越来越关注，与减少对环境的影响、从废旧电池中提取有价值金属的可能性以及恢复阴极和阳极材料的可操作性的愿望有关。所有这一切，一方面，将显著减少对环境的有害影响，另一方面——再利用材料，可以此降低制造设备的成本。 因此，今天科学家们正在积极探索提高这种电池效率的可能方法以及回收它们的方法。
该研究结果发表在化学科学期刊《Journal Of Environmental Chemical Engineering》（Journal of Environmental Chemical Engineering）上。
石墨今天被广泛用于锂离子电池的生产。处理这种碳结构的复杂性在于，常常在回收的石墨上形成不稳定和不均匀的固体电解质层，这导致石墨结构的破坏及其加速老化。圣彼得堡国立大学的科学家们提出了一种处理石墨阳极的新方法，它不仅可以更快地清洁它，而且还能在结构的上层形成氧化石墨烯——导电且耐降解的结构。
“我们提出的方法以其简单性而著称——它是一种在石墨分散（粉碎）过程中使用等离子体放电，在液体表面处理废石墨阳极的单级且成本较低的方法”，圣彼得堡国立大学电化学教研室研究员叶甫盖尼·别列茨基说道。
在加工过程中，石墨涂层首先与铜电流线分离——为此，石墨片简单地在蒸馏水中混合。 由于锂与水的反应，气体的大量释放开始，气泡从铜上“撕下”涂层。将所得分散体洗涤、离心、转移到反应器中并向其中加入过氧化氢溶液。然后，在不断搅拌下，在真空中用高达1000瓦的放电处理它们。在工作电极和分散表面之间发生辉光放电，并伴随着紫外线辐射和冲击波。在它们的作用下，随着活性颗粒，特别是羟基自由基的形成，过氧化氢的逐渐分解发生。它们与分散颗粒的表面相互作用，引起自身和其上电解质的分解产物的氧化，冲击波有助于氧化产物与颗粒的分离。其结果是一种表面改性的石墨，它保留了内部结构，这确保了制造商规定的石墨的容量的保存以及由于表面改性剂而增加的一些容量。
在工作中使用了圣彼得堡国立大科技园的各资源中心，包括“纳米技术”、“物质研究的光学和激光方法”、“表面研究的物理方法”、“X射线衍射研究方法”。这项工作是在俄罗斯联邦总统第SP-1045.2022.1号“锂离子电池用过的电极材料在节能装置中再利用的等离子体电化学加工”项目资助下进行的。
使用这种方法时的能耗范围为每1千克石墨6.9至28W•h——这比传统加工方法（火法冶金和湿法冶金）少几百倍，其中仍然不可能隔离阳极石墨。与此同时，处理时间也要少得多——只有30-60分钟。
这一结果得以实现是由于液体放电的特殊性。当将放电引导到所使用的过氧化氢溶液中时，由于它的分解而形成具有高氧化电位的羟基自由基—OH。 通过这样选择加工石墨的最佳条件，能够从中除去电解质组分的各种添加剂和分解产物，这将允许实现超过原始石墨的加工材料的最佳电化学特性。