福祸相依：MIT没能研发出新电池，却发现冶炼金属新方法

材料牛注： 科学实验中遭遇失败，真的是一无是处吗？MIT的实验员未能如愿研发出新电池，却意外发现了锑冶炼的新方法，如应用到其他金属冶炼中，可减少能源消耗和温室气体排放——可谓失之东隅收之桑榆。

近期，麻省理工学院的研究人员试图研发一种新电池，尽管未能得到如期成果，却在试验过程中意外发现了锑冶炼的全新方法，在此基础上，还可将其推广应用到其他金属熔炼中。该金属冶炼方法成本更为低廉，和传统冶炼方法相比，几乎不会释放温室气体，因而也更为环保。

这项发现近日发表于Nature Communications杂志上。论文的作者之一Sadoway表示，研究团队几年来一直致力于研发新电池，这种电池由金属熔液或盐构成，由于各自的密度不同，因此，就像油浮于水一样，形成不同分层。“我们本来是想研究在正负电极之间加入另一种电解质的效果，没想到实验并未按我们计划的方向开展。我们发现，实验员在对该电池进行充电时，实际上是在电解生成液态锑。”实验员使用的物质是硫化锑，加入一层离子导体后，促进了电池中的电解过程，在电池底部，硫化合物中分离并形成了99.9%的纯锑，而顶部则积聚了纯硫气，可将其收集用作化工原料。

在典型的冶炼过程中，硫即刻就与空气中的氧气结合，形成二氧化硫。二氧化硫是一种重大空气污染源，也是引发酸雨的主要原因。与此相反，上述实验过程生成的是高纯金属，无需为清除污染气体而烦扰。与传统的热能熔炼相比，电解过程的效能更高。一百多年以前，这一过程的发现使得铝从价格超过白银的贵金属转变为广泛使用的廉价日用品。如果能推广应用于其他常见的工业金属（例如，铜），将有可能大大降低其价格，同时，也能减少伴随传统产业的空气污染及温室气体排放等问题。

“这一发现之所以令人兴奋，就在于我们也可以对铜和镍这类金属进行同样的处理。” Sadoway认为，锑的熔点低——只有631摄氏度，而铜的熔点为1085 度，因此从锑着手研究是有道理的。尽管其他金属更高的熔点意味着设计相应的生产系统更加复杂，但其中的基本物理原理相同，那么这种系统应该是切实可行的。本试验利用的是硫化矿，“我们也完全可以将此方法推广至氧化原料，”而相应生成的副产物便是纯氧。如果也能通过这种方法生产钢，其影响将更重大，毕竟“钢铁制造是人为产生二氧化碳（主要温室气体）的头号起因。”不过，由于钢的熔点高达1540 度，其工序也会更加困难。

美国阿尔贡国家实验室的高级顾问John Hryn评论道，MIT团队的这篇原创性论文开创了从硫化矿中提炼金属的环保型新方法。Hryn认为，尽管试验中利用的是特定的一种金属，“通过电解作用来回收其他过渡金属，锑起到了示范作用。”他补充道，“不仅如此，控制电解池中电子传导的方法，其意义也不仅限于金属冶炼方面。”

文献链接：Electrolysis of a molten semiconductor

原文链接：New Method Developed for Producing Some Metals

本文由编辑部杨洪期提供素材，丁一琴编译，点我加入材料人编辑部。