芝加哥大學的研究人員將鋰電池的分解機制轉化為一種高效的水中全氟烷基和多氟烷基物質（PFAS）降解系統。這種模組化解決方案有望在無需大型設施的情況下解決一個重大的環境問題。
偉大的發現往往源自於反其道而行。當全世界都在努力延長電池壽命時，芝加哥大學奇布埃澤·阿曼丘庫教授領導的團隊卻花了三年時間研究截然相反的問題：電池失效的原因和機制。透過分析導致電池組件降解的化學過程，他們找到了摧毀當今最頑固的環境敵人之一——全氟和多氟烷基物質（PFAS）的關鍵。
這項發表在《自然·催化》上的研究表明，鋰電池的「破壞性」化學反應可以被重新定向，從而打破出了名的堅不可摧的碳-氟鍵。
研究員比杜希·薩卡爾和助理教授奇布埃澤·阿曼丘庫正在研究鋰離子電池。 （照片由芝加哥大學傑森史密斯拍攝）
「永久性化學物質」問題
PFAS之所以被稱為“永久性污染物”，原因在於：碳氟鍵是有機化學中最牢固的鍵之一。這使得它們具有防水、耐油和耐火的特性，但也使得它們無法透過自然途徑降解。目前的過濾技術通常只是將問題「轉移」或將分子分解成更小的碎片，而這些碎片仍然具有毒性且難以去除。
解：將缺點轉化為優點
芝加哥團隊的直覺就體現在這裡。鋰電池在運作過程中會產生一些條件，導致電解液和內部組件的劣化。這對儲能不利，但事實證明，這反而有利於提純。
鋰介導降解的機制（摘自《自然》雜誌）
所開發的製程採用鋰介導的電還原。簡而言之，它不是使用氧化方法（試圖剝奪電子），而是在非水環境中，使用鋰處理過的銅電極向體系中註入電子。
以下是實驗室獲得的結果，顯示出前所未有的療效：
- 脫氟率： 94%（從分子中去除氟）。
- 降解率： 95%（PFAS 結構破壞）。
- 殘渣品質：此製程將氟化物礦化，轉化為無害化合物，避免產生危險的短鏈「碎片」。
如何將「廢棄電池」變成淨化器
問題來了：如何將一顆廢電池變成一台淨化器？這並非簡單地將廢棄電池扔進下水道，而是要複製電池老化時發生的化學反應。研究人員發現，電池中常見的非水溶劑能夠使鋰發揮化學「錘子」的作用，從而破壞 PFAS 的化學鍵。矛盾的是，破壞電池的條件正是唯一能破壞 PFAS 的條件。
這種方法為鋰供應鏈在概念和實踐上的再利用開闢了道路：為我們的汽車提供動力的同一種技術，如果在其「報廢」週期中得到妥善管理，就能提供用於修復的化學工具。
一種模組化和去中心化的技術
最具經濟吸引力的方面，也是我們所推崇的務實解決方案的典型特徵，就是模組化。阿曼丘庫教授明確指出： “電化學的優勢在於它的模組化。我可以在現場安裝太陽能電池板、蓄電池和電化學反應器，其體積小巧，足以處理當地的廢物流。”
這意味著：
- 沒有大型化工廠。
- 無需高溫高壓。
- 可直接安裝在工業區或垃圾掩埋場。
在測試的33種PFAS中，有22種的降解率超過70%，最高可達99%。這項結果得到了阿貢國家實驗室的支持，顯示如果我們打破孤立思維，材料科學就能解決現實世界的問題。
問答
這種方法與其他 PFAS 過濾系統有何不同？目前大多數方法只是簡單地過濾 PFAS（將其從水中轉移到過濾器，然後丟棄過濾器）或氧化它們，而氧化通常會將長鏈分子分解成更小但毒性相同的碎片。然而，這種新方法採用鋰介導還原法，將這些化合物完全“礦化”，幾乎破壞了所有的碳氟鍵，使殘留物基本上無害。這是徹底的銷毀，而非簡單的控制。
該系統能否大規模應用，還是僅僅停留在實驗階段？這項技術採用模組化設計，這是其在工業領域的一大優勢。它無需建造運作在高壓或高溫下的大型集中式工廠（這些工廠成本高且能耗巨大）。此反應器可根據當地特定的污染源進行規模調整，並可能由現場太陽能板和蓄電池供電。儘管目前仍處於高級研究階段，但其易於現場應用的特性使其在未來的實際應用中極具潛力。
廢電池與水淨化有什麼關係？關鍵不在於電池本身可以作為過濾器，而是電池失效過程中發生的化學反應的應用。研究人員研究了鋰電池內部材料的降解過程，並模擬了這些特定的化學反應來分解 PFAS。他們發現，這種導致電池損壞的「破壞性」機制，諷刺的是，卻非常適合去除水中那些最頑固的污染物。
文章《 從「損壞」的電池到 PFAS 的解決方案：鋰方法可消除 94% 的永久性污染物》來自Scenari Economici 。
這是在 Wed, 21 Jan 2026 11:00:06 +0000 在 https://scenarieconomici.it/dalle-batterie-rotte-alla-soluzione-per-il-pfas-il-metodo-al-litio-che-elimina-il-94-degli-inquinanti-eterni/ 的報紙 “Scenari Economici” 上發表的文章的翻譯。