一种简单的方法可以将关键金属离子从非常规来源中分离出来

当电池没电时会发生什么？目前的可充电电池含有金属混合物，其中一些金属正变得越来越稀有。保持这些关键材料可供使用，需要找到新的创新方法来回收现代能源技术，如电池。

然而，设备越复杂，就越难有效地提取单个元素。为了应对这一挑战，研究人员正在制定新的策略，将一个元素与另一个元素分开。许多当前的分离技术需要大量的能源投入或高度专业化和昂贵的设备。

太平洋西北国家实验室（PNNL）的研究人员展示了一种从模拟电池电极混合物中分离金属离子的简单、新颖和有效的方法。它们的工艺依赖于基本的化学原理，不需要特种化学品、结合剂、膜或有毒溶剂。相反，它使用一种含有沉淀剂的普通凝胶。

产物的梯度导致凝胶-原料界面附近的镍富集十倍，以及沿反应堆进一步的纯锰产品（图：Qingpu Wang | 太平洋西北国家实验室）

这个过程是高度可调的。基础凝胶结构易于制备，沉淀剂可以在合成时改变。根据目标分离中的金属，团队可以使用针对特定应用定制的不同沉淀剂。

PNNL材料科学家兼通讯作者Elias Nakouzi说：“这个过程的美妙之处在于它的简单性。”“我们没有依赖高成本或特殊材料，而是把事情重新考虑离子行为的基础知识。这就是我们找到灵感的地方。”

分离之所以有效，是因为不同的离子穿过凝胶，并以不同的速率形成固体。当混合溶液穿过充满凝胶的管子时，金属离子在不同的时间沉淀出来。形成固体的金属首先反应最快，并耗尽沉淀剂。然后，这个过程逐渐继续，下一个最快的固体形成，直到所有离子分离。

目前的工作重点是小规模的分批概念验证演示。含有锂、锰、钴和镍混合物的溶液放在凝胶的顶部，这些混合物在电池材料中都很重要。然后允许液体通过凝胶移动，导致离子分离。

与仅在没有凝胶的溶液中混合沉淀剂和离子相比，这种方法代表了实质性的改进。简单的混合会产生几乎等同金属组合的固体。与此同时，基于凝胶的分离导致最终离子的最大纯度为96%。未来的工作将侧重于将这一过程扩展到更大的容量，并确定回收分离盐的有效方法。

这个概念的简单性使它变得强大。虽然这项工作的重点是从模型电池系统中分离离子，但该方法适用于其他金属混合物。未来的工作将研究不同非常规的关键材料来源。

PNNL材料科学家Qingpu Wang说：“我们仍处于这项工作的早期阶段。”“我们在从溶解磁铁中分离稀土金属方面已经有了有希望的结果。我们计划采取这种方法，并将其应用于PNNL新的非平衡运输驱动分离倡议中的更多系统。”