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Nat. Commun.: 集成電解液和界面控制實現鋰離子電池鈷和鎳選擇性電沉積

分子選擇性金屬分離是鋰離子電池電極可持續回收利用的關鍵。然而，具有接近還原電位的金屬對選擇性電沉積提出了根本性的挑戰，尤其是對于鈷和鎳等關鍵元素。

在此，美國伊利諾伊大學香檳分校Xiao Su等人展示了電解液控制和界面設計的協同組合，以在電位依賴性電沉積過程中實現對鈷和鎳的分子選擇性。通過系統的分離測試、電化學表征、光譜和原位電重量分析，作者闡明了電解液和界面工程對鈷和鎳電沉積的可調選擇性的協同貢獻。

一方面，濃氯化物可以通過形成不同的陰離子氯化鈷絡合物（CoCl₄^2-）來控制形態，同時保持Ni的陽離子形式（[Ni(H₂O)₅Cl]⁺）。

此外，帶正電的聚電解質（即聚二烯丙基二甲基銨）的功能化電極通過靜電穩定改變CoCl₄^2-的遷移率，從而根據聚電解質的負載量調整Co的選擇性。

圖1. 電解液和界面控制的協同效應

研究結果表明金屬選擇性取決于電極電位和聚合物負載，從而形成一種表面可調的方法，用于在水溶液中直接分離鈷和鎳。該策略適用于從商業來源的鋰鎳錳鈷氧化物電極中回收多組分金屬，所報道的鈷和鎳的最終純度分別為96.4±3.1%和94.1±2.3%。

此外，在技術經濟分析的基礎上，確定了背景電解液產生的極限成本，并提出了選擇性電沉積作為電池回收的一種有效分離方法的前景。

圖2. 選擇性電沉積在電池回收過程中的潛在用途

Selective cobalt and nickel electrodeposition for lithium-ion battery recycling through integrated electrolyte and interface control, Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-26814-7

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