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Enregistrement W4285397995 · doi:10.1149/ma2022-015593mtgabs

(Invited) Recycling and Upcycling Electrode Materials from Spent Lithium-Ion and Alkaline Batteries

2022· article· en· W4285397995 sur OpenAlexaff
Xiaolei Wang

Notice bibliographique

RevueECS Meeting Abstracts · 2022
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueExtraction and Separation Processes
Établissements canadiensUniversity of Alberta
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésAlkaline batteryMaterials scienceHydrometallurgyPyrometallurgyCoatingSinteringCathodeMetallurgyEnergy storageNanotechnologyWaste managementElectrodeElectrolyteChemistryEngineeringElectrical engineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Lithium-ion batteries (LIBs) and alkaline batteries have been widely used in electric vehicles and portable electronics, dominating the energy storage market for decades,[1] but their recycling/upcycling has lagged far behind. Re/up-cycling batteries is urgently needed because it can not only preserve raw materials such as Li, Co, Ni, Mn, Al, and Cu for LIBs as well as Zn, Mn, Fe for alkaline batteries but also reduce hazardous wastes towards the environment.[2] Despite previous efforts made on re/up-cycling LIBs and alkaline batteries, there remains an urgent demand for simple, economic, environmentally benign, and energy-saving approaches. For LIB recycling, the dominated recycling methods including pyrometallurgy and hydrometallurgy are destructive and criticized of high energy consumption, undesirable economic outputs, and water contamination. By contrast, non-destructive methods such as solid-state sintering[3] and hydrothermal treatment coupled with short annealing (HT-SA) [4-5]are more promising. However, these emerged direct recycling approaches are deficient at regenerating outdated cathode materials to meet current market need. As such, upcycling (i.e., upgraded regeneration of cathodes) through surface engineering (coating[6] and doping[7-9]) or bulk reconstruction[10] has been developed. In our work, we demonstrate one upcycling approach to regenerate LiCoO2 cathode through an improved HT-SA approach in which a coating layer is prepared accompanied with the regeneration process. The upcycled cathode material shows improved electrochemical performance surpassing the pristine electrode materials. For alkaline battery recycling, the major recycling still focuses on hydrometallurgy and pyrometallurgy. Hydrometallurgical processes generally follow different steps of pre-treatment and subsequent leaching and separation of different metals by electrolysis, extraction or precipitation.[11] Another approach for treating spent alkaline battery materials is upcycling towards other applications such as supercapacitors,[12] catalysis[13], micronutrient fertilizer,[14] Mn alloy fabrication.[14] In our work, for the first time, we directly upcycle both zinc anode and Mn-based cathode for their use in rechargeable Zn-MnO2 batteries by a simple yet efficient annealing procedure. Zn was regenerated in a reductive atmosphere and the regenerated Zn shows high Coulombic efficiency and long life in symmetric cells while the regenerated Mn-based cathode shows superior performance than fresh MnO2 with regards to capacity, rate, and life. Under optimized N/P ratio, the regenerated Zn and MnO2 was paired to make rechargeable Zn-MnO2 batteries delivering excellent performance, comparable or even superior to state-of-the-art Zn-MnO2 batteries. Reference [1] Li, M.; Lu, J.; Chen, Z.; Amine, K.Advanced Materials 2018, 30, 1800561. [2] Rarotra, S.; Sahu, S.; Kumar, P.; Kim, K.-H.; Tsang, Y. F.; Kumar, V.; Kumar, P.; Srinivasan, M.; Veksha, A.; Lisak, G. ChemistrySelect 2020, 5, 6182. [3] Fan, M.; Chang, X.; Guo, Y.-J.; Chen, W.-P.; Yin, Y.-X.; Yang, X.; Meng, Q.; Wan, L.-J.; Guo, Y.-G., Energy Environ. Sci. 2021, 14 (3), 1461-1468. [4] Xu, P.; Dai, Q.; Gao, H.; Liu, H.; Zhang, M.; Li, M.; Chen, Y.; An, K.; Meng, Y. S.; Liu, P.; Li, Y.; Spangenberger, J. S.; Gaines, L.; Lu, J.; Chen, Z., Joule 2020, 4 (12), 2609-2626. [5] Shi, Y.; Chen, G.; Liu, F.; Yue, X.; Chen, Z., ACS Energy Lett. 2018, 3 (7), 1683-1692. [6] Meng, X.; Cao, H.; Hao, J.; Ning, P.; Xu, G.; Sun, Z., ACS Sustain. Chem. Eng. 2018, 6 (5), 5797-5805. [7] Wu, J.; Lin, J.; Fan, E.; Chen, R.; Wu, F.; Li, L., ACS Appl. Energy Mater. 2021, 4 (3), 2607-2615. [8] Fan, X.; Tan, C.; Li, Y.; Chen, Z.; Li, Y.; Huang, Y.; Pan, Q.; Zheng, F.; Wang, H.; Li, Q. J. Hazard. Mater. 2021, 410, 124610. [9] Xu, B.; Dong, P.; Duan, J.; Wang, D.; Huang, X.; Zhang, Y., Ceram. Int. 2019, 45 (9), 11792-11801. [10] Gaines, L.; Dai, Q.; Vaughey, J. T.; Gillard, S. Recycling 2021, 6 (2). [11] Ferella, F.; De Michelis, I.; Vegliò, F. Journal of Power Sources 2008, 183, 805. [12] Farzana, R.; Hassan, K.; Sahajwalla, V.Scientific Reports 2019, 9, 8982. [13] Gallegos, M. V.; Falco, L. R.; Peluso, M. A.; Sambeth, J. E.; Thomas, H. J.Waste Management 2013, 33, 1483. [14] Hu, X.; Robles, A.; Vikström, T.; Väänänen, P.; Zackrisson, M.; Ye, G., Journal of Hazardous Materials 2021, 411, 124928.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Sans objet · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Autre · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,016

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0050,005

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,014
Tête enseignante GPT0,237
Écart entre enseignants0,223 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSans objet
Domainenon disponible
GenreAutre

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2022
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