Redox-Active Crown Ether Copolymer for Selective Lithium Recovery from Spent Lithium-Ion Batteries

锂(药物) 共聚物 冠醚 材料科学 离子 氧化还原 无机化学 乙醚 化学 有机化学 聚合物 医学 内分泌学
作者
Nayeong Kim,Johannes Elbert,Hee‐Eun Kim,Changgui Wu,Xiao Su
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (9): 4655-4664 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.5c01901
摘要

The increasing demand for lithium, alongside concerns over resource scarcity and supply chain risks, has driven the need for alternative lithium sources, particularly from spent lithium-ion batteries (LIBs). Here, we introduce a redox-active crown ether copolymer designed for highly selective and electrochemically reversible lithium recovery from organic LIB leachates. A lithium-selective moiety, (12-crown-4)methyl methacrylate (12C4MA), is combined with a redox-active moiety, ferrocenylpropyl methacrylamide (FPMAm), into a redox copolymer electrosorbent to replace acid-based regeneration with electrostatic repulsion. The redox response enhances lithium ingress into the polymer, doubling lithium uptake (0.58 molLi/molCrE) and enabling electrochemical regeneration upon the FPMAm oxidation. Our system exhibits exclusive lithium uptake, even in complex leachates containing competing metals (e.g., iron, nickel, and cobalt) and organic degradants. Techno-economic analysis highlights high energy efficiency and competitive lithium pricing to the market value (∼$12.7 per kgLi). Overall, our work demonstrates a scalable, electrified adsorbent platform for sustainable and chemical-free critical metal recovery.
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