本發(fā)明涉及電池回收，并且更具體地涉及用于離子分離的能量收回。

背景技術(shù)：

1、目前，有多種隔膜選項用于分離和回收堿金屬。例如，電解質(zhì)隔膜可以依靠粘結(jié)劑將電解質(zhì)隔膜保持在一起。替代地，固體電解質(zhì)顆?？梢员粺Y(jié)(或以其他方式壓實)在一起，形成所要形狀的電解質(zhì)隔膜。此外，軟材料可以容易地被加工成隔膜層。然而，這些當(dāng)前解決方案中的每一種均可能導(dǎo)致離子電導(dǎo)率低、隔膜耐用性低、可擴(kuò)展性低和/或?qū)A金屬的選擇性低。

2、另外，常規(guī)堿金屬提取系統(tǒng)大量消耗能量(為了從進(jìn)料溶液中分離出堿金屬)。隨著堿金屬在全球范圍內(nèi)的使用，尤其是鋰在全球范圍內(nèi)的使用(例如，用于所有類型的電動車輛)持續(xù)增加，對常規(guī)金屬提取系統(tǒng)的依賴將導(dǎo)致對更多能源的需求不可持續(xù)地增長，以及有毒廢物流(諸如從礦物中提取/浸出鋰)非所愿地顯著增加。此外，這些常規(guī)提取系統(tǒng)所需要的越來越多能量的產(chǎn)生增加了溫室氣體排放(例如，由化石燃料燃燒型發(fā)電設(shè)施排放)。

3、因此，因此需要解決這些問題和/或與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)聯(lián)的其他問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、提供了一種用于收回能量的系統(tǒng)和方法。在使用中，使鋰離子經(jīng)由第一隔膜從進(jìn)料溶液輸送到第一電極，所述第一隔膜包含嵌入第一基質(zhì)中的第一固體電解質(zhì)，其中鋰離子從進(jìn)料溶液到第一電極的輸送需要能量輸入。另外，使第二離子經(jīng)由第二隔膜從第二電極輸送到進(jìn)料溶液，所述第二隔膜包含嵌入第二基質(zhì)中的第二固體電解質(zhì)，其中第二離子從第二電極到進(jìn)料溶液的輸送與鋰離子從進(jìn)料溶液到第一電極的輸送同時發(fā)生。此外，使鋰離子經(jīng)由第一隔膜從第一電極輸送到電解質(zhì)溶液，其中鋰離子從第一電極到電解質(zhì)溶液的輸送回收所述能量輸入的至少一部分。

2、在一個實施方案中，所述能量輸入可以以儲存于第一電極中的鋰離子的電化學(xué)能的形式儲存。另外，回收所述能量輸入的至少一部分減小制造設(shè)施的碳足跡。在一些情況下，幾乎所有被輸入來驅(qū)動鋰與進(jìn)料溶液的初始分離的能量可以被回收，并且繼而，用于從其他進(jìn)料溶液中提取鋰。以此方式，能量可以大部分被回收并且由其他正在進(jìn)行的收回過程再使用。

3、此外，鋰離子(在進(jìn)料溶液中)的輸入源可以基于鋰礦物、含鋰鹽水、回收的鋰電池或海水中的至少一種。

4、電壓降可以與第一隔膜或第二隔膜中的至少一者的厚度成正比(假設(shè)系統(tǒng)的所有其他(包括非隔膜)部件的歐姆電阻與隔膜的歐姆電阻相比是可忽略不計的)。另外，電壓降可以與第一隔膜或第二隔膜中的至少一者的歐姆電阻成正比。因此，較厚的隔膜可能需要更多的能量輸入以使堿金屬完全從進(jìn)料溶液傳遞到第一電極。能量輸入將等于可回收能量(例如，以儲存的電化學(xué)能的形式)和不可回收能量(例如，熱量)。

5、另外，每個鋰離子可以穿過第一隔膜的第一固體電解質(zhì)的單個顆粒。以此方式，經(jīng)由單個顆粒輸送鋰離子可以提高離子輸送的效率(因為它不必穿過多個顆粒)。

6、第一隔膜和第二隔膜可以各自為不透水的。此外，第一隔膜對鋰離子可以具有離子選擇性，并且以類似方式，第二隔膜對第二離子可以具有離子選擇性。第二離子可以包括鈉、鉀或氫中的至少一種。應(yīng)了解，還原性低于鋰(或待提取的離子)的任何離子均可以用作第二離子。當(dāng)然，應(yīng)了解，使用還原性低于鋰的離子可能并非第二隔膜的必要條件。

7、此外，使鋰離子經(jīng)由第一固體電解質(zhì)從第一電極輸送到電解質(zhì)溶液中與使第二離子經(jīng)由第二固體電解質(zhì)從電解質(zhì)溶液被吸收到第二電極中可以同時發(fā)生。以此方式，當(dāng)鋰離子從進(jìn)料溶液輸送到第一電極時，第二離子從第二電極輸送到進(jìn)料溶液。另外，當(dāng)鋰離子從第一電極輸送到電解質(zhì)溶液時，第二離子可以從電解質(zhì)溶液輸送到第二電極。應(yīng)了解，第一組第二離子可以與第二離子從第二電極輸送到進(jìn)料溶液相關(guān)聯(lián)，并且第二組第二離子可以與第二離子從電解質(zhì)溶液輸送到第二電極相關(guān)聯(lián)。

8、在一個實施方案中，第一固體電解質(zhì)可以是latp、lzp、lagp、lisicon或lto中的至少一者；并且第二固體電解質(zhì)是nasicon或k2fe4o7中的至少一者。

9、另外，第一隔膜可以充當(dāng)?shù)谝浑姌O與進(jìn)料溶液或電解質(zhì)溶液中的至少一者之間的電氣緩沖層，并且第二隔膜可以同樣充當(dāng)?shù)诙姌O與進(jìn)料溶液或電解質(zhì)溶液中的至少一者之間的電氣緩沖層。

10、此外，第一固體電解質(zhì)的直徑可以是至少10μm(微米)，并且第一基質(zhì)與第二基質(zhì)的材料可以相同，或可以被配置為不同的。

11、另外，第一電極或第二電極中的至少一者可以包含第二電解質(zhì)、粘結(jié)劑、活性材料顆粒和集電器。第二電解質(zhì)可以是液體。此外，第一電極和第二電極的一側(cè)或多側(cè)可以襯有粘合劑，所述粘合劑被配置為防止含有鋰離子的進(jìn)料溶液接觸第一電極或第二電極中的任一者的活性材料顆粒。

12、一種系統(tǒng)可以被配置為使得鋰離子經(jīng)由第一固體電解質(zhì)從進(jìn)料溶液到第一電極中的第一次輸送與第二離子經(jīng)由第二固體電解質(zhì)從第二電極到進(jìn)料溶液的排出可以同時發(fā)生。另外，鋰離子經(jīng)由第一固體電解質(zhì)從第一電極到電解質(zhì)溶液中的第二次輸送與第二離子經(jīng)由第二固體電解質(zhì)從電解質(zhì)溶液到第二電極中的吸收可以同時發(fā)生。

13、公開了一種隔膜，所述隔膜包括層，所述層包含嵌入基質(zhì)中的固體電解質(zhì)。固體電解質(zhì)被配置為提取堿金屬的離子并且對所述堿金屬具有離子選擇性。另外，所述層是不透水的。

14、所述隔膜可以用于提取鋰、鈉或鉀中的任一者或全部。固體電解質(zhì)可以包括以下各者中的至少一者：latp、lzp、lagp、lisicon、lto、k2fe4o7或nasicon。

15、另外，所使用基質(zhì)可以是致密交聯(lián)的并且疏水的，從而防止水(至少為水，或任何其他進(jìn)料溶液)擴(kuò)散。隔膜的層可以充當(dāng)進(jìn)料溶液與電極之間的電氣緩沖層。另外，所述層可以被配置為從進(jìn)料溶液中提取離子并且將所述離子輸送到電極。所述層可以用作多硫化物屏障或空氣屏障。

16、此外，所述層的第一側(cè)可以與進(jìn)料溶液交界，并且所述層的第二側(cè)可以與電極交界。提取出的離子可以聚集在嵌入活性材料、轉(zhuǎn)化活性材料、電容活性材料、電極、電容器、擬電容器活性材料、或電極的導(dǎo)電表面中的至少一者上。

17、所述層的第一側(cè)與所述層的第二側(cè)之間可能出現(xiàn)電壓降。另外，電壓降可以與所述層的厚度成正比，使得隨著厚度增加，電壓降增大。另外，可以通過增大所述層上的電流i來調(diào)整電壓降。此外，電壓降可以隨著所述層的厚度和所述層的電阻率而變。

18、在使用中，所述隔膜的制造可以包括對隔膜的層進(jìn)行機(jī)械拋光以暴露固體電解質(zhì)。在一個實施方案中，固體電解質(zhì)的直徑是至少10μm(微米)，和/或可以針對待提取的所要離子進(jìn)行配置或調(diào)整。在一個實施方案中，離子的提取可能引起電壓降。

19、進(jìn)料溶液可以包含鋰離子，鋰離子可以來源于多種來源，包括但不限于鋰礦物、含鋰鹽水、回收的鋰電池或海水中的至少一種。

20、在一個實施方案中，所述層的至少一側(cè)可以與電極交界，所述電極包含第二電解質(zhì)、粘結(jié)劑、活性材料顆粒和集電器。另外，第二電解質(zhì)可以是液體，并且電極的一側(cè)或多側(cè)可以襯有粘合劑，所述粘合劑被配置為防止含有堿金屬的離子的進(jìn)料溶液接觸所述電極的活性材料顆粒。

21、另外，所述基質(zhì)的分子可以與所述固體電解質(zhì)的顆粒共價鍵合。以此方式，可以防止水(或包含其他離子的任何其他溶液)穿過固體電解質(zhì)的顆粒與基質(zhì)的分子之間的空間。此外，堿金屬的離子可以穿過所述層的固體電解質(zhì)的單個顆粒。