退役锂电池的首要办理方法包含收回、再利用和处置(图6)。收回能够帮助康复和从头整合锂电池中的宝贵资料回到价值链中。尽管新技术能够直接从旧的锂电池中再生阴极资料,但常规的收回方法能够收回如锂这样的重要金属。为了最大化具有可用剩余价值的电池的经济和环境效益,再利用进程应该优先于收回和处置。功能欠安的退役锂电池既能够被丢掉也能够在再利用后收回有价值的元素。然而,需求克服重要的障碍,例如价值计算、生命周期评价、筛选和重组以及风险办理[81]。

石墨烯氧化组成进程演化的示意图

石墨烯氧化物-锂离子电池的示意图

锂离子石墨烯电池的收回和再利用示意图
假如废旧的锂电池没有得到妥善处理,就会浪费资源并破坏环境。假如处理不妥,包含废旧锂电池中发现的石墨颗粒在内的有害金属和可燃电解液可能会危害环境和人体健康。因为废弃的锂电池,特别是老化的有机电解液,处理不妥会导致严峻的环境损害和健康问题,因而对有用收回技术的需求日益增加。较老的电解液含有较高的有机溶剂和锂盐浓度,这些物质通常依赖水和空气。这些化学物质经过水解作用迅速分解为含氟的有毒化合物,严峻污染环境[82]。最近的研讨首要会集在从运用过的锂电池的正极中提取贵重金属。然而,不可能着重从运用过的锂电池中收回石墨阳极的价值[83]。
因为其独特的特性,GO在废水处理中引起了极大的重视[84]。因为外表含有氧基团(羟基、羧基等),GO能够经过静电作用、氢键和π-π堆叠很容易地与有机分子衔接。该外表还包含许多亲水基团,这使得它在水中的分散性十分好。GO中大量的含氧官能团对经过金属吸附从水溶液中去除Cd2+、Co2+、Pb2+和U(VI)产生了显着的影响。各种染料如亚甲基蓝(MB)、甲基橙、孔雀石绿、甲基紫、罗丹明B、吖啶橙和其他染料在GO上的吸附已经被广泛研讨[85]。
从废旧锂电池中提取的未运用过的石墨烯被用作吸附剂,用于去除废水中的MB。实验结果表明,石墨烯是染料水中MB的有用吸附剂,具有惊人的去除才能和快速的吸附速率[86]。
当GO被封装在LiBs中的TiO2纳米球中时,它表现出增强的光催化才能和显着的循环性,用于分解包含罗丹明B在内的几种染料。这使其在水净化和化学品及药品分析方面十分有用。以石墨烯为根底的TiO2纳米复合资料太阳能燃料电池被用作具有强大电化学功能的LiBs[87]。
阳极碳质资料(ACM)作为一种催化剂,显着进步了运用二硫苏糖醇(DTT)和硫化氢对硝基化合物的复原以及零价铁对过硫酸盐的氧化。这些氧化复原反响还经过石墨特性得到加强。研讨结果表明,由废弃锂电池制成的ACM在氧化复原反响进程中可能作为催化剂和吸附剂,用于净化污染的土壤和水体[88-90]。
在这篇总述中总结了石墨烯在锂离子电池中的使用。对近期相关研讨的审查表明,石墨烯能够进步电池的倍率功能和表现,同时下降锂离子电池的极化效应。依据给定的数据,能够得出定论,假如没有石墨烯,储能体系可能无法更有用地运转。石墨烯的显着特点是其结构和独特的特性。石墨烯具有高电导率、强机械功能、超卓的柔韧性、卓越的化学稳定性以及大的比外表积。当石墨烯阅历化学转化,且功用团含量较高时,这一点尤为显着,这表明它是一种很好的作为复合电极根底资料的候选资料。当用作电极成分时,石墨烯能够有用减小活性物质尺度,阻止纳米颗粒聚集,增加电极导电和导离子才能,并改善电极的机械稳定性。因而,含有石墨烯的电极资料显示出高容量和优异的倍率功能。
这项作业详细分析了一种根据石墨烯的创新式锂离子电池,并具有以下优势。首要,因为其灵活性,石墨烯是吸收金属电极在充电和放电进程中胀大和缩短的理想资料。这进步了电极资料的循环寿命功能。此外,石墨烯优异的电气特性能够进步金属电极资料的导电性。此外,经过添加石墨烯,能够控制金属氧化物的颗粒形成。因为它们缩短了电子和锂离子之间的扩散距离,较小的颗粒增强了资料的速率功能。最终,大多数含有石墨烯的金属氧化物复合资料现在具有显着更高的锂存储容量。
希望有一天,根据氧化石墨烯的阳极在可充电电源中的成功使用将被认为是电池技术的一大打破。为了在实际使用中运用氧化石墨烯,需求显着下降放电电压和充电电压。氧化石墨烯在锂电池中潜在运用的关键在于开发易于重复的氧化石墨烯生产技术。