生物质辅助废旧锂离子电池制备Li4SiO4吸附剂及其CO2捕集性能研究

针对锂基吸附剂成本高、废旧电池资源化难题，研究人员创新性地利用玉米秸秆作为还原剂和硅源，从废旧LiCoO2中回收锂制备Li4SiO4吸附剂。该材料在20次循环后仍保持0.303 g/g的CO2吸附容量，为废锂电池高值化利用和CCUS技术提供了绿色解决方案。

　　

随着全球工业化进程加速，化石燃料燃烧导致大气CO₂浓度激增，高温CO₂吸附材料研发成为实现碳中和的关键。在众多吸附剂中，正硅酸锂(Li₄SiO₄)因其优异的循环稳定性和0.367 g/g的理论吸附容量备受关注，但传统制备方法面临锂源成本高、材料易烧结两大瓶颈。与此同时，每年产生的大量废旧锂离子电池(LIBs)和农业废弃物如何协同资源化，成为环保领域亟待解决的难题。

针对这一挑战，宁波工程学院的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表创新成果，首次提出以玉米秸秆为还原剂和硅源，从废旧LiCoO₂电池中回收锂制备高性能Li₄SiO₄吸附剂。该研究通过生物质热解产生的还原性气体(H₂/CO/CH₄)与高活性生物炭协同作用，在较低温度下实现阴极材料高效还原；秸秆灰分中的无定形SiO₂直接作为硅源，与回收的Li₂CO₃反应合成目标产物。关键技术包括：1) 玉米秸秆与废LIBs的共热解预处理；2) 水洗除杂调控碱/碱土金属(AAEMs)含量；3) 生物炭模板法构建多孔结构；4) 熔融相掺杂促进离子扩散。

【Pretreatment of materials】
通过对比水洗/未水洗秸秆灰分发现，保留K/Na等水溶性AAEMs的样品在高温下形成熔融相，使Li₄SiO₄-A-C吸附剂的离子扩散速率提升37%。

【Characterization of the Li₄SiO₄ sorbents】
XRD显示生物炭模板使材料比表面积增加5倍，CO₂表面化学反应速率提高2.1倍；TPD测试证实掺杂样品在500-715°C吸附窗口拓宽15%。

【Conclusions】
最终获得的Li₄SiO₄-A-C吸附剂首周期吸附量达0.325 g/g，20次循环后容量保持率93.2%，较传统石墨还原法制备材料提升41%。该研究开创了"以废治废"的新范式：一方面将废电池锂回收成本降低60%，另一方面使农业废弃物增值5-8倍。正如通讯作者Zhenfei Mei强调的，这种生物质辅助焙烧技术不仅为CCUS提供了低成本吸附材料，更构建了废LIBs与生物质协同资源化的完整技术链，对发展循环经济具有示范意义。