固体氧化物电池陶瓷组分的可规模化回收与表征：实现资源闭环循环的关键技术

本研究针对固体氧化物电池(SOC)报废材料回收难题，开发了通过酸浸-离心-选择性沉淀联用技术高效回收NiO、Lax Sr1-x CoO3 (LSC)和Zr1-x Yx O2-x/2 (YSZ)的创新方法，回收率达90wt%以上，纯度达96-99at%，为关键原材料循环利用提供了可持续解决方案。

　　

随着全球氢能电解槽装机量预计从2030年80GW跃升至205年1-3TW，固体氧化物电池(SOC)作为高温电解的核心组件面临严峻的回收挑战。这些电池包含镍(Ni)、钴(Co)、镧(La)、锶(Sr)、锆(Zr)和钇(Y)等关键原材料，其矿产开采不仅环境代价高昂，且供应链存在地缘政治风险。更棘手的是，目前缺乏成熟的SOC回收技术，而传统机械刮削法无法处理破碎电池或多层复合电极结构。针对这一技术空白，Gudaysew Tsegaye Yenesew等研究者开发了集成机械粉碎与湿法冶金的创新回收流程。

研究团队采用硝酸浸出结合二甲基乙二肟(DMG)选择性沉淀的技术路线，对Elcogen公司的平面电池进行全组分回收。通过X射线衍射(XRD)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析显示，该方法成功实现了YSZ、NiO和LSC三组分的分离提纯。特别值得注意的是，通过精确控制pH=5.5和Ni/DMG摩尔比0.5的优化条件，镍回收纯度达99at%，而YSZ和LSC的回收纯度分别达到97at%和96at%。

关键技术包括：1)YSZ组分通过离心分离获得；2)DMG在特定pH下选择性沉淀镍；3)热分解法制备LSC前驱体。研究还证实硝酸和DMG可循环使用，其中硝酸回收率达96vol%，浓度保持13.8mol/L。

研究结果显示，原始粉末经球磨和酸浸后，XRD精修确认含46.1wt%立方相NiO、2.18wt%菱方相LSC及50.9wt%YSZ多晶型混合物。回收的YSZ呈现62wt%单斜相、23.4wt%四方相和14wt%立方相的独特组合，对应4YSZ(Zr_0.92
Y_0.08
O_1.95
)组分。SEM显示回收的NiO呈微米级片状结构，虽需后续球磨处理，但纯度满足商业应用要求。

在LSC回收环节，pH调控展现出关键作用：当pH>6时，La、Sr、Co的氢氧化物共沉淀导致纯度下降。最佳条件下获得的LSC前驱体经500°C热处理后，虽结晶度有待提升，但可直接用于电极浆料制备。研究还发现，GDC(Ce_0.9
Gd_0.1
O_1.95
)阻挡层元素在回收过程中以痕量杂质形式存在，不影响材料性能。

该研究建立了首个可规模化回收SOC全陶瓷组分的完整流程，其环境效益显著：相比原生矿产提取，回收过程能耗降低且避免开采破坏。技术亮点在于：1)突破传统分层回收局限，实现破碎电池全组分处理；2)开发pH调控的DMG选择性沉淀工艺；3)验证试剂循环利用可行性。这些突破为氢能产业链的闭环可持续发展提供了关键技术支撑，对实现欧盟关键原材料战略具有重要意义。未来研究将扩展该方法至LSCF(镧锶钴铁氧化物)和LSM(镧锶锰氧化物)等电极体系，并优化酸浓度以进一步提升经济性。