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美國研究員開發(fā)環(huán)保方法 可降低鋰離子電池回收成本
時間:2020-11-19 09:35來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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（圖片來源：ucsd）
據(jù)外媒報道，加州大學圣地亞哥分校（University of California San Diego）的納米工程師開發(fā)出一種新工藝，可以使廢舊正極材料恢復至完好狀態(tài)，更加經(jīng)濟有效地回收鋰離子電池。比起目前的方法，該工藝采用更加環(huán)保的化學物質(zhì)，可將能耗降低80-90%，并使溫室氣體排放量減少約75%。
這一工藝特別適用于由磷酸鐵鋰(LFP)制成的正極。LFP電池使用壽命更長，更安全，并且因為不使用鈷或鎳等昂貴金屬，與其他鋰離子電池相比，制造成本更低，因此，被廣泛應(yīng)用于電動工具、電動公共汽車和能源電網(wǎng)，同時也是特斯拉Model 3的首選電池。該校納米工程教授Zheng Chen表示：“考慮到這些優(yōu)勢，LFP電池在市場上將比其他鋰離子電池更具競爭優(yōu)勢。但是，類似于塑料回收，這些材料本身很便宜，回收成本卻很高。”
研究團隊開發(fā)新的低成本回收工藝，可在低溫(60至80攝氏度)和環(huán)境壓力下完成操作，并且耗電量更少。此外，所使用的化學物質(zhì)，如鋰鹽、氮氣、水和檸檬酸，成本低廉且無害。研究人員Panpan Xu表示：“整個回收過程非常安全，不需要任何特殊的安全措施或設(shè)備，因此可以大幅降低回收成本。”
研究人員首先運行商用LFP電池，使其失去一半的儲能能力；然后，將電池拆開，收集正極材料粉末，并將其浸泡在含有鋰鹽和檸檬酸的溶液中；接著，用水沖洗溶液，烘干粉末并加熱；最后，將這些粉末制成新的正極，并在紐扣電池和軟包電池中進行測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其電化學性能、化學組成和結(jié)構(gòu)可完全恢復到起初狀態(tài)。
在電池運行過程中，正極發(fā)生的兩類結(jié)構(gòu)變化，會導致其性能下降。首先是鋰離子流失使正極結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生空位；再是當鐵和鋰離子在晶體結(jié)構(gòu)中交換位置時，鋰離子容易被困住，無法繼續(xù)在電池中循環(huán)。該工藝通過補充鋰離子來恢復正極結(jié)構(gòu)，使鐵和鋰離子更易于回到原來位置。后者是通過檸檬酸完成的，檸檬酸可以起到還原劑的作用，將電子轉(zhuǎn)移到鐵離子上，使它們不帶正電荷，從而將電子排斥力降至最低，讓鐵離子更易回到晶體結(jié)構(gòu)中的原始位置，并釋放鋰離子，使其回到循環(huán)中。
研究人員表示，這一回收過程的總體能源成本較低。但是，從物流方面考慮，如果要大量收集、運輸和處理電池材料，還需要進一步研究。
(責任編輯：子蕊)
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