废弃蛋壳可绿色回收稀土元素

日期： 2024-06-13

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来源：科学网

英国科学家发现，不起眼的蛋壳垃圾可以从水中回收稀土元素，这为提取稀土元素提供了一种新的环保方法。相关论文发表于美国化学会旗下的《ACS Omega》杂志。

稀土供应相对短缺且提取方法往往有害，因此科学家亟须找到更环保的提取方法。最新研究显示，蛋壳中的碳酸钙（方解石）可以有效地从水中吸收分离稀土元素。

研究人员将蛋壳放入含有稀土元素的溶液中，加热至25℃到205℃区间，持续三个月。结果发现，溶液中的稀土元素可沿方解石边界及有机基质进入蛋壳。在更高温度下，稀土元素在蛋壳表面形成新的矿物。

研究显示，在90℃的温度下，蛋壳表面有助形成名为kozoite的稀土化合物。随着温度升高，蛋壳彻底改变，方解石外壳溶解，并被多晶kozoite取代。在205℃的温度下，该矿物逐渐转变为氟碳铈矿。这是一种稳定的稀土碳酸盐矿物，工业界用它提取稀土元素。

纳米科学与技术研究中心袁帅/赵尹在《Angewandte Chemie International Edition》上发表最新研究成果

来源：上海大学理学院

近日，上海大学理学院纳米科学与技术研究中心袁帅研究员和赵尹副研究员在超高镍三元正极材料领域取得重要进展，相关研究成果以“Spheroidization: The Impact of Precursor Morphology on Solid-State Lithiation Process for High-Quality Ultrahigh-Nickel Oxide Cathodes“为题发表在化学顶级学术期刊《Angewandte Chemie International Edition上》。第一作者为博士生梁文彪。

高能量密度、长循环寿命、高安全性的锂离子电池是新能源领域的重大需求。超高镍层状氧化物LiNixCoyMn1-x-yO2（NCM，x≥0.9）具有较高能量密度和较低成本，是一种极具应用前景的锂离子电池正极材料。近日，上海大学袁帅研究员、赵尹副研究员等对超高镍NCM(OH)2前驱体的锂化反应过程提出了新见解，揭示了NCM(OH)2前驱体颗粒的球形度对锂化过程及超高镍层状正极材料电化学性能的影响机制。

该工作发现非球形NCM(OH)2前驱体颗粒破坏了锂化反应的均匀性，LiOH倾向于在前驱体颗粒表面的凸起部分富集，导致局部锂过量，会在较低温度下形成局部致密的壳层，在随后反应过程中，该致密壳层会影响锂离子向颗粒内部的扩散过程，导致中间体颗粒内部形成“贫锂”NCMO核和内部孔隙，从而影响最终NCM颗粒内部的结构一致性。高球形度的NCM(OH)2前驱体具有对称结构和光滑表面，可有效避免LiOH在颗粒表面的局部过量问题，防止形成局部致密壳层，有利于锂化过程中锂离子充分扩散到颗粒内部，从而有效抑制“贫锂”NCMO核和内部孔隙的产生。因此，提高前驱体颗粒球形度有助于抑制非均相中间体的形成，从而有效提高正极材料的结构一致性。

论文信息：

Wenbiao Liang, Yin Zhao*, Liyi Shi, Zhuyi Wang, Shuai Yuan*. Spheroidization: The Impact of Precursor Morphology on Solid-State Lithiation Process for High-Quality Ultrahigh-Nickel Oxide Cathodes. Angewandte Chemie International Edition 2024, e202407477.

https://doi.org/10.1002/anie.202407477

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