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阿貢實(shí)驗(yàn)室的電池回收新技法
時(shí)間:2021-10-28 10:40來(lái)源:汽車(chē)商業(yè)評(píng)論 作者:朱琳
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在電動(dòng)汽車(chē)電池回收中，利潤(rùn)并不是一個(gè)骯臟的詞。事實(shí)上，美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的材料科學(xué)家杰西卡·達(dá)勒姆（Jessica Durham）說(shuō)，這是關(guān)鍵，就像傳統(tǒng)汽車(chē)和12伏鉛酸電池回收一樣。
“要回收電動(dòng)汽車(chē)電池，就必須要有一定的利潤(rùn)。”達(dá)勒姆說(shuō)，“否則人們不會(huì)想要這么做。我們獲得的利潤(rùn)越多，就會(huì)有更多的人愿意采用這項(xiàng)技術(shù)。”
阿貢實(shí)驗(yàn)室的研究人員說(shuō)，他們發(fā)現(xiàn)了一種古老的采礦方法，這種方法降低了處理廢舊電池的成本，并保留了它們昂貴的金屬化合物，而不像傳統(tǒng)方法那樣將它們分解成成本較低的組成部分。這種巧妙的新方法引起了電池制造商和使用這些回收材料的汽車(chē)公司的興趣。
鋰離子電池的回收利用規(guī)模尚未擴(kuò)大，只有大約5%被回收利用。今天，大多數(shù)人找到了二次利用的機(jī)會(huì)，比如家用太陽(yáng)能存儲(chǔ)。
在這個(gè)電動(dòng)汽車(chē)蓬勃發(fā)展的新時(shí)代，從回收電池廢料中獲取利潤(rùn)對(duì)于汽車(chē)市場(chǎng)的可持續(xù)成功至關(guān)重要。這些材料要么供應(yīng)不足，要么不久就會(huì)供應(yīng)緊張。在許多情況下，開(kāi)采這些材料會(huì)破壞環(huán)境，并使工人接觸有害物質(zhì)。
目前，有兩種主要的能源密集且昂貴的電動(dòng)汽車(chē)電池回收工藝：火法冶金和濕法冶金。前者燃燒電池碎片以分離材料，后者將電池浸泡在強(qiáng)酸中以溶解昂貴的金屬。但是一旦全部分解成它們的原材料，再重新合成這些金屬化合物，將大大增加它們的成本。
達(dá)勒姆和她在芝加哥郊區(qū)實(shí)驗(yàn)室（隸屬于美國(guó)能源部）的同事們正在倡導(dǎo)一種被稱(chēng)為泡沫浮選的“直接”回收方法，這種方法以前用于采礦提純礦石，具體是將金屬密集的陰極（負(fù)極）化合物與試劑在水浴中完整分離。
阿貢實(shí)驗(yàn)室的哈魯卡·皮尼加（Haruka Pinegar）在實(shí)驗(yàn)室的材料工程研究設(shè)施中開(kāi)始了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，以在更大規(guī)模上分離單個(gè)陰極材料▼
這些試劑浴以循環(huán)水為基礎(chǔ)。這種化學(xué)試劑選擇性地與一種材料的表面發(fā)生反應(yīng)，使其漂浮在溶液中，讓另一種材料沉入水中。通過(guò)選擇性地影響其中一個(gè)或另一個(gè)，兩種材料可以分離和回收，具有良好的純度。
達(dá)勒姆說(shuō)，她的項(xiàng)目關(guān)注的是陰極，而不是電池的陽(yáng)極或電解液，因?yàn)殛帢O是電池的大部分價(jià)值所在，特別是在許多制造商高使用高比例貴重鈷的情況下。
“我們使用的直接回收途徑有助于使回收更有利可圖。”她說(shuō)，“這被稱(chēng)為直接回收，因?yàn)槲覀冊(cè)噲D直接回收材料，而不是將它們?nèi)糠纸獬稍牧稀?rdquo;
研究人員預(yù)計(jì)，在不到十年的時(shí)間里，每年將有200萬(wàn)噸報(bào)廢的電動(dòng)汽車(chē)電池需要回收和再利用。顯然，目前鋰離子電動(dòng)汽車(chē)電池的回收數(shù)量相對(duì)較低。但這種情況將發(fā)生重大變化。專(zhuān)家表示，回收電池的基礎(chǔ)設(shè)施還沒(méi)有準(zhǔn)備好應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題，特別是在目前電池回收利潤(rùn)很低的情況下。
美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室▼
根據(jù)達(dá)勒姆的說(shuō)法，阿貢實(shí)驗(yàn)室最重要的研究伙伴之一是位于霍頓的密歇根理工大學(xué)。它在泡沫浮選工藝方面的早期工作為目前的研究、技術(shù)演示和實(shí)踐擴(kuò)展打下了基礎(chǔ)。這種工藝將被用來(lái)分離舊的、新的和不同制造商電池中的各種鋰氧化物混合物。
目前，這些鋰氧化物包括氧化鈷鋰、氧化鈷錳鋰、氧化鎳鈷鋁鋰和磷酸鐵鋰。達(dá)勒姆說(shuō)，制造商一直在調(diào)整他們的陰極配方，以提高安全性和功率。所有這些做法都增加了一層復(fù)雜性。
“我們選擇泡沫浮選的原因是，它操作起來(lái)非常簡(jiǎn)單。”達(dá)勒姆表示，“把這些步驟或流程放在一起，得到這種漂亮的、高純度的分離材料非常簡(jiǎn)單。有時(shí)，如果分離很困難，你可能需要在一個(gè)容器中運(yùn)行兩到三次，才能得到純度超過(guò)99%的高純度電池材料。”
在阿貢實(shí)驗(yàn)室，另一項(xiàng)研究也進(jìn)行中，它研究各種電池是如何制造和組裝的，以及哪些電池拆卸起來(lái)更容易、成本更低。
這是因?yàn)橐子谕ㄟ^(guò)化學(xué)和機(jī)械分解的電池成本更低，有助于使未來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)更清潔、更便宜。
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