近幾十年來,能源短缺與環(huán)境污染問題日益嚴(yán)竣,開發(fā)清潔可再生能源來取代化石能源刻不容緩。鋰離子電池在可持續(xù)能量轉(zhuǎn)換和儲存方面顯示出巨大的優(yōu)勢,因而被廣泛應(yīng)用,另一方面,廢舊鋰離子電池的大量丟棄造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此,回收廢棄電池用于再生電池或其他功能材料,不但能減少環(huán)境負(fù)擔(dān),還可提供新的能源儲存/轉(zhuǎn)換器件,近年來備受研究者的關(guān)注。本論文提出了一種有效的電化學(xué)回收方法,利用廢棄磷酸鐵鋰（LiFePO₄）和鈷酸鋰（LiCoO₂）電池制造高性能赤鐵礦（Fe₂O₃）/磷酸鈷（CoPi）光電陽極的新方法,并用于光電分解水制氫。主要內(nèi)容包括以下三部分:1.采用一種化學(xué)浸出技術(shù)從廢棄LiFePO₄中提取鐵元素。選擇草酸浸出劑,通過改變草酸與LiFePO₄比例、浸出溫度等因素,得到較優(yōu)的浸出條件。隨后采用電化學(xué)陰極沉積技術(shù),在恒電位（-1.1～-0.8 V vs.RHE）下,在FTO導(dǎo)電基底上得到Fe薄膜。進(jìn)一步在680℃-800℃可轉(zhuǎn)化為赤鐵礦膜。在該過程中,通過改變... 

【文章來源】：華北水利水電大學(xué)河南省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

光電化學(xué)電池示意圖（光陽極為例）[70]

華北水利水電大學(xué)碩士學(xué)位論文8（FTO）襯底（方阻：≤7Ω，尺寸：10×50×2.2mm）購于華南湘城科技有限公司（深圳）；LiFePO4陰極粉末購自科晶（深圳），將LiFePO4鋰電池電池（深圳Delipow14500）拆解，放電電壓低于0.1V后，收集正極LiFePO4層，將鋁箔分離回收。2.1.2磷酸鐵鋰正極材料的溶解LiFePO4的浸出過程如圖2-1所示，先將一定比例的草酸H2C2O42H2O溶解于396ml去離子水中，然后將1.262g的LiFePO4（8mmol）正極材料分散到溶液中，最后加入4ml的雙氧水H2O2（30%體積比）作為氧化劑。該分散體在暗處90°C下以500轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌過夜。等浸出液冷卻至室溫，使用漏斗和濾紙過濾黑色固體殘渣得到淡黃色浸出液，然后用去離子水將浸出液（~20mMFe3+）稀釋至5mM作為電解液（pH~2.9~3.3）進(jìn)行金屬鐵薄膜的沉積。廢舊磷酸鐵鋰中大部分離子以磷酸鹽和草酸鹽的形式被提取進(jìn)入水溶液中，約2/3的鐵元素被提取為草酸鐵絡(luò)合離子，如（2-1）、（2-2）式所示（該過程會在后面的表征中詳細(xì)論證）：o90C4224224324322LiFePO+6HCO+HO→2LiHPO+2HFe(CO)+2HO2(2-1)o90C42242224422LiFePO+2HCO+HO→2LiHCO+2FePO+2HO(2-2)圖2-1草酸-H2O2浸漬溶解磷酸鐵鋰過程示意圖Fig.2-1Schematicdiagramoftheleachingprocessoflithiumironphosphatebyoxalicacid-H2O22.1.3氧化鐵的制備氧化鐵的制備過程如圖2-2所示：將FTO玻璃裁成長條狀，首先置于水-雙氧水-氨水（1:1:1體積比）溶液中進(jìn)行超聲清洗，然后用去離子水沖洗數(shù)次，空氣中自然干燥，UV-O3處理30min。然后使用電化學(xué)工作站（CHI660E）三電極沉積，飽和甘汞電極（SCE，0.241VvsNHE）作為參比電極，一片F(xiàn)TO襯底（1×1.5平方厘米）作為工作電極，一片大面積FTO襯底（~5cm2）用作?

2回收磷酸鐵鋰正極材料制備氧化鐵光陽極9流電源提供外加電壓，與三電極相比除了沒有參比電極，其他的電極保持一致。工作電極與對電極之間的距離保持在1厘米以下。以上述浸出液稀釋到一定濃度作為電解液，在恒電位（1.1~1.5VvsRHE）下進(jìn)行電化學(xué)沉積，得到Fe薄膜。將管式爐預(yù)先加熱至一定溫度（700-800℃），將Fe薄膜放置預(yù)熱的坩堝上，快速置于管式爐保持合適的時間（1~11min），快速取出，在空氣中直接冷卻至室溫。圖2-2制備Fe薄膜、氧化鐵薄膜的示意圖（三電極左，兩電極右）Fig.2-2SchematicdiagramofpreparationofFethinfilmsandironoxidethinfilms(three-electrodeleft,two-electroderight)2.1.4納米結(jié)構(gòu)、光學(xué)和光電性能表征樣品晶體結(jié)構(gòu)采用X射線粉末衍射儀（布魯克D8Advance，銅靶，λ=1.5418）測試，測試角度2θ=10°~70°。采用X射線光電子能譜儀檢測樣品的表面成分（ThermoScientific型號Escalab250Xi）。樣品的拉曼光譜在共聚焦拉曼顯微鏡儀（雷尼紹，型號inViaReflex）上收集，測試條件為綠光（532nm），范圍200-1000cm-1。樣品形貌使用場發(fā)射掃描電子顯微鏡（型號FEI，Nova450NanoSEM）測試（加速電壓3KV），采用電子能量散射譜儀（EDS）進(jìn)行成分分析（加速電壓調(diào)為10KV））。樣品的高度圖是在導(dǎo)電原子力顯微鏡（布魯克DimensionIcon）上收集的，測試條件為環(huán)境條件。薄膜的光吸收特性由紫外可見光譜儀以透射模式測得（安捷倫公司，型號Cary5000）。薄膜的瞬態(tài)表面光電壓在吉林大學(xué)協(xié)助搭建的瞬態(tài)表面光電壓儀上收集，采用納秒激光（BrilliantEazy，型號BRILEZ/IR，355nm,4ns）作為做激發(fā)光源、數(shù)字示波器（Tektronix，型號TDS3054C，500MHz）和前置放大器（1000倍）收集電壓變化。薄膜樣品組裝成三明治結(jié)構(gòu)：FTO-云母片-氧

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]廢舊鋰離子電池中鈷、鋰的回收研究進(jìn)展[J]. 孟奇,張英杰,董鵬,梁風(fēng).  化工進(jìn)展. 2017(09)
[2]近20年來我國空氣污染研究熱點與趨勢的文獻(xiàn)計量分析[J]. 曹永強,朱明明.  華北水利水電大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2016(03)
[3]可再生能源綜合利用的研究現(xiàn)狀與展望[J]. 吳利樂,鄭源,王愛華,任巖.  華北水利水電大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2015(03)

博士論文
[1]廢舊鈷酸鋰材料中鈷回收及機理研究[D]. 孟奇.昆明理工大學(xué) 2018
[2]廢棄鋰離子電池破碎及富鈷產(chǎn)物浮選的基礎(chǔ)研究[D]. 張濤.中國礦業(yè)大學(xué) 2015

碩士論文
[1]助催化劑增強氧化物光陽極氧化水反應(yīng)及其電荷動力學(xué)研究[D]. 李磊.華北水利水電大學(xué) 2019
[2]廢舊鋰離子電池陰極材料中鈷的回收[D]. 孟冠軍.廣西大學(xué) 2017



本文編號：3426123