π‐Electron‐driven ionic liquids to enhance lithium recovery from spent batteries: Experimental and mechanistic insights

离子液体 锂(药物) 离子键合 化学工程 电子 材料科学 化学 离子 纳米技术 工程物理 工程类 有机化学 物理 催化作用 核物理学 心理学 精神科
作者
Yu Guo,Xinhe Zhang,Biaohua Chen,Gabriele Sadowski,Christoph Held,Gangqiang Yu
出处
期刊:Aiche Journal [Wiley]
卷期号:71 (8) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/aic.18860
摘要

Abstract A novel strategy is proposed to enhance Li + extraction from spent lithium‐ion batteries (LIBs) by ionic liquid (IL)‐based extractants with π‐electron regulation. N ‐butyl‐4‐methylpyridinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide ([BMPy][Tf 2 N]) + tributyl phosphate (TBP) was designed as an optimal extractant resulting in extraction efficiency of Li + up to 98.4%, separation selectivities of Li + over other ions β Li + /Co 2+ , β Li + /Ni 2+ , and β Li + /Mn 2+ up to 705, 740, and 663, respectively, and Li 2 CO 3 product with 93.2 wt.% purity. The molecular‐level mechanism for enhancing Li + extraction was unraveled by quantum chemical calculations and molecular dynamics simulations. It is found that the [BMPy][Tf 2 N] + TBP system with moderate π‐electron density is not able to disrupt the strong hydration of divalent metal ions Co 2+ , Ni 2+ and Mn 2+ , but it can disrupt Li + hydration by so‐called the “π‐electron density matching effect.” This work provides theoretical guidance for rational design of specific IL‐based extractants to selective extraction of target metal ions from spent LIBs.

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