废电池隔膜在储能应用中的升级循环利用

废电池收回首要会集于正负极资料与电解质的再生使用，而电池隔阂的再循环问题鲜少遭到重视。本研讨提出了一种触及梯度升温与恒温处理的尿素辅佐热解战略，以完成废电池隔阂的高效收回与增值使用。经过定制化热解计划，隔阂被成功转化为具有分级多孔结构、比表面积高达2083 m²/g的碳资料。2电化学测试标明，该碳电极在0.5 A g^-1电流密度下表现出优异的比电容性能（321.1 F g^-1）−1且在3 A g^-1高倍率下循环10,000次后电容保持率几乎不变−1由该碳资料组装的对称超级电容器在250 W kg^-1功率密度下可完成9.1 Wh kg^-1的能量密度−1本研讨不只为电池隔阂的资源化使用供给了新途径，也为开发绿色可继续的储能器材供给了技能支撑，完成了环境效益与经济效益的两层平衡。−1. The symmetric supercapacitor assembled from the obtained carbon material delivered an energy density of 9.1 Wh kg−1 at a power density of 250 W kg−1. This work not only provided a novel pathway for the resource utilization of battery separators but also offered technical support for the development of green and sustainable energy storage devices, balancing both environmental and economic benefits.

图形摘要

尿素辅佐阶梯热解战略完成隔阂高效收回
随着电动汽车、便携式电子设备和储能体系的快速开展，全球对锂离子电池的需求继续增长[1,2]。但是，这种增长也导致了大量抛弃电池的发生。依据市场调研，全球锂离子电池市场估计在未来十年将显著扩展，这意味着电池抛弃物将大幅增加[3]。鉴于锂离子电池的首要组件（包含正极、负极、电解液和隔阂）含有多种金属元素和有机化合物，低效的收回实践或许导致严重的环境污染和资源干涸[4,5]。因而，高效且经济地收回抛弃锂离子电池已成为环境保护和可继续资源使用的要害问题[6,7]。
目前，废旧锂离子电池的收回使用首要会集在电极资料和电解质的收回上[8,9]。例如，经过湿法冶金或火法冶金办法，可以从正极中收回钴、镍和锰等有价金属，并将其从头用于新电池的出产[10]。相同，经过物理和化学处理办法，可以对负极中的石墨进行提纯并从头使用[11,12]。此外，已有若干研讨探索了电解质的收回办法，包含经过溶剂萃取和电化学再生技能收回有机溶剂和锂盐[[13], [14], [15]]。但是，作为锂离子电池的要害组成部分之一，隔阂在收回与再使用方面遭到的重视相对有限，迄今没有完成工业化规划的使用。
电池隔阂首要由聚烯烃基聚合物制成，如聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP），这些资料展现出优异的化学稳定性和耐热性[16]。但是，其细密的结构和高化学慵懒使得它们难以直接降解或收回。目前处理废旧电池隔阂的首要办法包含物理别离、热处理和化学转化。物理别离法常用于将隔阂与电极和电解质别离；但是，因为隔阂的高机械强度及其与其他组件的强粘附性，该别离进程通常杂乱且效率低下。比较之下，热处理办法与化学转化法在提高隔阂资源化使用率方面展现出更大潜力[[17], [18], [19], [20], [21]]。
热处理办法包含燃烧与热解，其中后者被视为更具远景的技能途径[22]。在热解进程中，高分子资料在缺氧或慵懒气氛下发生分化，生成碳资料、气态产品及焦油类物质。所得碳资料可作为活性炭、导电碳或其他储能资料的前驱体[23]。近年来，研讨者测验将电池隔阂与电解液共热解，以提高碳产品的收率与导电性能。电解质中的有机溶剂（如碳酸酯类）在高温条件下可作为额定的碳源，促进碳化进程[24,25]。此外，电解液中的氟、磷等元素或许在热解进程中掺杂进入碳结构，然后提高电化学性能。但是该办法仍处于实验阶段，实际工业使用尚需在工艺设计、成本控制及环境要素等方面进一步优化。化学转化法（包含催化裂解和化学活化）相同被选用。研讨人员经过引进催化剂或活化剂（如KOH、ZnCl2) 以增强隔阂的碳化程度，然后提高所得碳资料的比表面积、孔隙结构和导电性。例如，KOH活化效果可促进孔隙构成并增加表面积，使得衍生碳资料十分适用于储能使用。但是，化学试剂的使用引发了关于试剂消耗和废水处理的忧虑，这标明需要进一步优化工艺[[26], [27], [28]]。
超级电容器是以高功率密度、快速充放电速率和长循环寿命为特征的电化学储能器材。这些优势使其在电动汽车、可再生能源存储体系及便携式电子设备中得到广泛使用[29,30]。决定超级电容器性能的要害要素之一是电极资料，其中多孔碳资料因其优异的电化学性能成为使用最广泛的候选资料。源自废电池隔阂的多孔碳资料为超级电容器使用供给了一种极具远景的代替计划。其较大的比表面积与均匀分布的孔隙结构可以有用促进电解液中离子的吸附，然后提高电容性能。优异的导电性有助于下降电荷转移电阻，改进倍率能力。杂原子掺杂（如氮、氧元素）可引进赝电容行为，进而提高能量密度。此外，此类碳资料具有低成本与可继续性优势，因其原料来源于广泛存在的抛弃物资源，与传统活性炭比较更能减轻环境污染[[31], [32], [33]]。
为完成废电池隔阂的高值化收回使用，本研讨开发了一种尿素辅佐热解战略，经过阶梯升温文等温处理将其转化为高性能多孔碳资料。所得碳资料比表面积高达2083 m²/g。2电化学测试标明，该碳电极在0.5 A/g电流密度下的比电容到达321.1 F/g。−1在3 A/g电流密度下进行10,000次充放电循环后−1在资料和器材层面，电容均保持基本不变。此外，选用该碳电极组装的对称超级电容器在250 W kg功率密度下完成了9.1 Wh kg的能量密度。 %% 该研讨不只推动了电池隔阂的高值化使用，还为开发绿色可继续的电池收回体系供给了新思路。−1. After 10,000 charge–discharge cycles at 3 A g−1, the capacitance remained nearly unchanged, both at the material and device levels. Moreover, the symmetric supercapacitor assembled with the carbon electrodes achieved an energy density of 9.1 Wh kg−1 at a power density of 250 W kg−1. This work not only promoted the high-value utilization of battery separators but also provided new insights for developing green and sustainable battery recycling systems.