澎湃新聞?dòng)浾?秦藝逍
隨著近年來(lái)電動(dòng)汽車的高速增長(zhǎng)，動(dòng)力電池將迎來(lái)第一波退役回收潮，前景廣闊的電池回收市場(chǎng)迫切需要更具成本效益的回收技術(shù)。
近日，普林斯頓大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種低成本、可持續(xù)的方法來(lái)利用舊電池制造新電池，并成立了一家初創(chuàng)公司Princeton NuEnergy。
Princeton NuEnergy的聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO、普林斯頓大學(xué)機(jī)械與航空航天工程系博士后閻超表示：“人們?cè)敢鈱㈤e置的廢電池交給我們，從我們這里收到新的正極原材料來(lái)制造新電池，比他們自己制造新電池的成本更低。”
Princeton NuEnergy研究人員開(kāi)發(fā)的技術(shù)結(jié)合了不同領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，以解決一個(gè)長(zhǎng)期存在的問(wèn)題：如何將廢棄正極材料或者鋰電池中含有鈷、鎳、錳和鋰等元素的昂貴材料轉(zhuǎn)化為新的正極。
目前，回收鋰電池的技術(shù)依賴于刺激性化學(xué)物質(zhì)和高溫、高能密集型工藝，以此將廢舊電池分解為元素成分。這種工藝在商業(yè)上以環(huán)保的方式擴(kuò)大規(guī)模一直具有挑戰(zhàn)性。
與之相反，Princeton NuEnergy是以直接回收的形式對(duì)正極本身進(jìn)行升級(jí)和更新。該團(tuán)隊(duì)的方法可以恢復(fù)使用過(guò)的正極大部分的結(jié)構(gòu)和成分，包括鈷和鋰。據(jù)研究人員介紹，這種生成新正極材料的方法可減少約70%的用水量、80%的能耗和排放量。
研究人員拿著從回收過(guò)程中提取的原料
這種技術(shù)的核心在于使用低溫等離子體，這是一種反應(yīng)性極強(qiáng)的電離氣體，可以其特性進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，以此去除正極粉末中的污染物。否則，處理這些污染物需要非常高的溫度，并且會(huì)大量分解材料。該團(tuán)隊(duì)可在不破壞正極材料的情況下對(duì)其進(jìn)行清理，具體方法為機(jī)械分離正、負(fù)極材料，并使正極粉末通過(guò)等離子體反應(yīng)器以去除使用電池時(shí)產(chǎn)生的污染。
以往的電池回收技術(shù)需要通過(guò)機(jī)械粉碎和熔煉電池材料分離出單個(gè)元素，或是將電池溶解在強(qiáng)酸中。這類基于酸的技術(shù)會(huì)產(chǎn)生大量金屬，從而抵消了最初用于生產(chǎn)正極的所有工作。這些方法被認(rèn)為是間接的，因?yàn)檫@只是將電池材料分解成元素成分，而不是將其重構(gòu)、再生成新的電池材料。在廢舊電池的使用周期中，會(huì)從正極材料中流失一些鋰，因此研究團(tuán)隊(duì)將少量鋰添加回再生出的正極粉末中，生產(chǎn)出比全新正極材料更便宜的材料。
“如果你有一塊面團(tuán)，你可以試著輕輕揉捏它并賦予它不同的結(jié)構(gòu)，但基本上不要去管它。”Princeton NuEnergy聯(lián)合創(chuàng)始人兼技術(shù)顧問(wèn)Bruce Koel解釋道，“你不該去破壞它或?qū)⑵浞纸獬擅娣酆忘S油。”
目前美國(guó)只有約5%的廢舊鋰電池得到了回收。根據(jù)普林斯頓大學(xué)的美國(guó)凈零排放研究，想要在本世紀(jì)中葉達(dá)到凈零排放，意味著電動(dòng)汽車的數(shù)量將從今天的大約100萬(wàn)輛增加到2.1億-3.3億輛。電動(dòng)汽車電池的使用壽命為5-10年，每輛車大約有3000個(gè)電池單元（具體取決于型號(hào)）。IHC Markit的分析預(yù)計(jì)，目前約有100億（約46.5萬(wàn)噸）廢舊動(dòng)力電池需要處理，預(yù)計(jì)到2025年這一數(shù)字將增長(zhǎng)到290億。
考慮到電池回收領(lǐng)域的熱潮，擁有競(jìng)爭(zhēng)性技術(shù)的公司可能會(huì)涌現(xiàn)，Princeton NuEnergy正在尋求擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。來(lái)自臺(tái)灣的緯創(chuàng)綠色科技公司（Wistron Greentech）最近與其合作啟動(dòng)了一個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目，該公司是科技公司主要的廢物處理商之一。
Princeton NuEnergy目前正在該公司德克薩斯州的工廠建設(shè)一條加工線，計(jì)劃在2022年將產(chǎn)量提升到每天至少一噸。一條曾用于從電子產(chǎn)品印刷電路板中回收黃金的生產(chǎn)線將被改造為Princeton NuEnergy的電池回收加工線。從黃金到鋰、鈷等電池材料，這也體現(xiàn)了當(dāng)下市場(chǎng)需求的轉(zhuǎn)變。
“我們認(rèn)為，將該技術(shù)應(yīng)用在一個(gè)真正的工業(yè)項(xiàng)目中會(huì)是一個(gè)巨大的機(jī)會(huì)，這將使我們能夠大規(guī)模回收和重新利用鋰電池。”閻超說(shuō)道。
Koel表示，擴(kuò)大這一技術(shù)規(guī)模，不僅可以緩解進(jìn)口礦產(chǎn)的供應(yīng)鏈問(wèn)題，還可以降低對(duì)過(guò)度開(kāi)采地區(qū)的礦產(chǎn)需求，這些地區(qū)的環(huán)境和勞工問(wèn)題普遍較嚴(yán)重。例如，正極的關(guān)鍵成分鈷大多產(chǎn)于剛果，那里的采礦業(yè)存在大量童工問(wèn)題。
目前，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)出的再生正極在小型紐扣電池中的測(cè)試性能十分出色。研究人員希望在幾年內(nèi)繼續(xù)提高回收能力，并從消費(fèi)類電子產(chǎn)品電池?cái)U(kuò)展到電動(dòng)汽車電池，甚至可能擴(kuò)展到使用再生材料制造全電池。
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