基于氯化胆碱低共熔溶剂超声辅助浸出镍氢废电池中镍钴的动力学研究及高效回收

本研究针对镍氢(Ni-MH)废电池传统回收工艺效率低、污染大的问题，采用氯化胆碱-尿素低共熔溶剂(DES)结合超声辅助浸出技术，实现了钴(Co)的选择性高效回收（提取率99.04%）和镍钴(Ni-Co)合金的电化学沉积。通过UV-Vis、CV和ICP-OES等表征手段证实了超声可将浸出时间从24小时缩短至80分钟，并建立了3D成核扩散生长模型解析合金沉积机制，为绿色回收战略金属提供了新范式。

　　

随着便携电子设备普及，镍氢(Ni-MH)电池两年左右的使用周期产生了大量含镍(Ni)、钴(Co)等战略金属的废弃物。传统火法冶金需高温处理并产生有毒气体，湿法冶金虽效率较高但仍依赖强酸强碱。如何实现绿色高效回收成为资源循环利用的关键难题。

越南河内Phenikaa大学材料科学与工程学院的研究团队创新性地采用氯化胆碱-尿素低共熔溶剂(DES)体系，结合超声辅助技术，成功将镍钴的浸出时间从文献报道的24小时大幅缩短至1.33小时。研究发现，超声产生的空化效应能选择性溶解钴氧化物，使其浸出效率达99.04%，而镍浸出率仅5.94%，实现了金属的高效分离。通过循环伏安法(CV)和紫外可见光谱(UV-Vis)建立的定量分析方法，可快速测定溶液中金属离子浓度。电化学沉积实验证实，镍钴能以合金形式回收，X射线衍射(XRD)显示产物为面心立方(FCC)结构的NiCo相，晶粒尺寸仅11.56纳米。该成果发表于《Journal of Ionic Liquids》，为开发环境友好的电池回收工艺提供了重要参考。

研究主要采用超声辅助浸出、电化学测试（CV和计时电流法CA）、光谱分析（UV-Vis和ICP-OES）以及材料表征（SEM、EDS和XRD）等技术。阴极粉末来自实际废弃Ni-MH电池，通过XRF和XRD确认其主要成分为Ni(OH)₂、Co(OH)₂等金属氧化物。

3.1 废电池粉末表征
XRF分析显示阴极粉末含67.57% NiO和7.78% CoO，XRD检测到Ni(OH)₂和Co(OH)₂特征峰，证实了回收对象的化学组成。

3.2 超声辅助选择性浸出
超声处理80分钟后，ICP-OES测得钴浸出浓度达284ppm（提取率99.04%），而镍仅34ppm（5.94%）。UV-Vis在638nm处的特征吸收峰证实了钴与DES中氧供体的配位作用。

3.3 Ni-Co合金回收
CV测试显示镍还原电位在-0.7V附近，扩散系数为1.14×10^-7 cm²s^-1。计时电流分析符合3D成核扩散控制模型，SEM观察到均匀分布的纳米颗粒，EDS证实Ni/Co质量比为8.94/1.95。XRD在44.4°出现的NiCo(111)衍射峰验证了合金形成。

该研究通过DES与超声技术的协同作用，突破了传统浸出工艺的动力学限制。建立的金属浓度快速检测方法（CV线性方程R²=0.998）和合金电沉积模型，为规模化回收提供了理论依据。特别是11.56纳米的NiCo合金颗粒，在电催化等领域具有应用潜力。这项工作不仅推动了绿色冶金技术发展，也为实现"双碳"目标下的资源循环提供了新思路。