目前，鋰離子電池由于其高能量和功率密度，已成為便攜式電子產(chǎn)品和混合動力/全電動汽車的主流電源。近年來，電動汽車得到迅速地發(fā)展與普及，并有望在不久的將來代替燃油車，這將大大降低汽車的使用對環(huán)境造成的污染和對化石能源的依賴。然而，可以預(yù)見的是，在電池壽命結(jié)束時(shí)將不可避免地出現(xiàn)大量的廢舊電池。廢舊鋰離子電池不僅含有重金屬鈷、鎳等，還含有易燃有毒的電解液，如果得不到妥善處理，不僅對人類的健康發(fā)展有害，也會破壞自然生態(tài)環(huán)境。因此，如何將廢舊電池材料回收再利用的具有重要意義。目前廢舊鋰離子的回收利用普遍采用的是繁瑣的分離和復(fù)雜的提取技術(shù)。這些方法存在使用的有機(jī)溶劑成本昂貴、廢氣排放高、回收路線復(fù)雜、金屬純度不理想等明顯缺點(diǎn)限制了其在工業(yè)上的有效應(yīng)用。亟待探索廢舊電池材料回收利用的新思路，讓廢料重新獲得生機(jī)。

近日，天津大學(xué)胡文彬，陳亞楠團(tuán)隊(duì)提出了一種簡單，高效且成本低廉的策略，將廢舊電池正極材料修飾和再生成為性能優(yōu)異的電催化劑應(yīng)用在水電解過程中，成功實(shí)現(xiàn)了從廢舊電池電極材料到電催化劑的功能轉(zhuǎn)變。在該工作中廢舊電池材料通過一步修飾，搖身一變成為了水電解反應(yīng)的陽極催化劑。該催化劑的性能可與貴金屬相媲美，不但能夠大大降低電解水過程的電能消耗，同時(shí)也有望替代貴金屬從而降低電解水技術(shù)的成本，為大規(guī)模氫氣的制備提供條件。文章發(fā)表在《中國科技期刊卓越行動計(jì)劃》—SCIENCE CHINA Materials （2021， DOI: 10.1007/s40843-021-1682-0）上。博士生崔柏樺為本文第一作者。

該方法優(yōu)勢明顯，相比于現(xiàn)有其他廢舊電池回收利用方法，上述策略具有更低的材料損耗，更短的生產(chǎn)周期以及大規(guī)模工業(yè)化的潛力。重要的是，這一策略最大限度地有效利用電池廢料，減少可能的環(huán)境污染，節(jié)約寶貴的礦產(chǎn)資源，還能夠作為工業(yè)電解水催化劑用于氫氣的制備，可謂一舉兩得。作為一種綠色和通用的方法, 該研究為基于廢舊電池材料規(guī)模化制備優(yōu)良電催化劑提供了新的機(jī)遇。一方面，易于實(shí)施、產(chǎn)率高、可放大等特點(diǎn)使其具有很高的工業(yè)價(jià)值、成本優(yōu)勢和市場潛力。另一方面，廢舊電池材料的低成本高效回收利用也將為我國節(jié)能減排以及碳中和做出貢獻(xiàn)。

Waste to wealth: Defect-rich Ni-incorporated spent LiFePO4 for efficient oxygen evolution reaction. Baihua Cui, Chang Liu, Jinfeng Zhang, Jijun Lu, Siliang Liu, Fangshuai Chen, Wei Zhou*, Guoyu Qian, Zhi Wang, Yida Deng, Yanan Chen* and Wenbin Hu*. SCIENCE CHINA materials. 2021, DOI: 10.1007/s40843-021-1682-0. https://doi.org/10.1007/s40843-021-1682-0

作者簡介：

胡文彬，天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，教授，1994年獲中南大學(xué)有色金屬冶金專業(yè)博士學(xué)位，同期到上海交通大學(xué)金屬基復(fù)合材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從事博士后科研工作。1996年5月出站后留在實(shí)驗(yàn)室工作并晉升為副教授，1999年破格晉升為教授，曾獲上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人、曙光學(xué)者，教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才。2014年任天津大學(xué)材料學(xué)院院長、教授、博導(dǎo)。曾獲得國家杰出青年科學(xué)基金資助，并入選領(lǐng)軍人才、國家科技部“863”計(jì)劃新材料領(lǐng)域主題專家組成員，長期從事關(guān)鍵能源材料及表界面科學(xué)與工程研究。

先后承擔(dān)了國家杰出青年基金、國家“863”計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)等項(xiàng)目30余項(xiàng)，獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)(排名第一)，省部級一等獎(jiǎng)2項(xiàng)(排名第一)，是科技部及天津市重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。在Chem. Soc. Rev., Adv. Mater., Adv. Energy Mater.等國際知名刊物發(fā)表論文300余篇，申請國家發(fā)明專利60余項(xiàng)，授權(quán)24項(xiàng)，出版中英文學(xué)術(shù)專著或教材4部。國際電化學(xué)能源科學(xué)院(IAOEES)理事會委員，中國材料研究學(xué)會青年委員會高級理事、腐蝕與防護(hù)學(xué)會常務(wù)理事，任Science China Materials、無機(jī)材料學(xué)報(bào)、中國有色金屬學(xué)報(bào)等學(xué)術(shù)期刊編委。

陳亞楠，天津大學(xué)"英才計(jì)劃"特聘研究員，清華大學(xué)"卓越學(xué)者"，中國科協(xié)青年人才托舉項(xiàng)目入選者。主要從事新型材料制備及其在能源中的應(yīng)用, 研究興趣包括：能源存儲（鋰/鈉離子電池），能源轉(zhuǎn)換（電催化）。現(xiàn)已在Nature Energy、Nature Comm.、Science Advances、JACS、PNAS、Materials Today、Adv. Mater. 等高影響力期刊上發(fā)表研究論文70余篇，論文引用4000余次，5篇論文入選高被引論文。申請美國專利4項(xiàng)，國內(nèi)專利10余項(xiàng)，專利轉(zhuǎn)化一項(xiàng)（轉(zhuǎn)化金額240萬）。承擔(dān)/參與基金委重大研究計(jì)劃，科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，重大研究計(jì)劃培育項(xiàng)目等多項(xiàng)課題。擔(dān)任多種國際著名學(xué)術(shù)期刊，如Chemical Review, Matter, Adv. Mater., AEM, ACS Nano等30多個(gè)學(xué)術(shù)期刊的審稿人，以及雜志Chinese Chemical Letters, Materials, Frontiers in Energy Research客座編輯，Chinese Chemical Letters, Rare Metals青年編委。中國最大的科研科技傳播平臺"科研云"發(fā)起人之一。

周偉，天津大學(xué)理學(xué)院，副教授，于2006年和2010年獲得天津大學(xué)獲得了學(xué)士和博士學(xué)位。2011年加入天津大學(xué)理學(xué)院作為助理教授 ，曾是日本國立材料物質(zhì)研究所(NIMS)的客座研究員。研究方向主要聚焦于半導(dǎo)體材料和光催化材料的磁、光和電學(xué)性能的第一性原理，金屬材料機(jī)械性能第一性原理計(jì)算，以及半導(dǎo)體材料薄膜的制備及其物性研究。

崔柏樺，天津大學(xué)-新加坡國立大學(xué)福州聯(lián)合學(xué)院博士研究生。2019年畢業(yè)于天津大學(xué)，獲理學(xué)碩士學(xué)位。主要研究方向?yàn)殡姶呋{米材料的設(shè)計(jì)與合成。