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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來源:汽車商業(yè)評(píng)論 作者:朱琳
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在電動(dòng)汽車電池回收中，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，這是關(guān)鍵，就像傳統(tǒng)汽車和12伏鉛酸電池回收一樣。
“要回收電動(dòng)汽車電池，就必須要有一定的利潤(rùn)。”達(dá)勒姆說，“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，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)，比如家用太陽能存儲(chǔ)。
在這個(gè)電動(dòng)汽車蓬勃發(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，她的項(xiàng)目關(guān)注的是陰極，而不是電池的陽極或電解液，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，“這被稱為直接回收，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200萬噸報(bào)廢的電動(dòng)汽車電池需要回收和再利用。顯然，目前鋰離子電動(dòng)汽車電池的回收數(shù)量相對(duì)較低。但這種情況將發(fā)生重大變化。專家表示，回收電池的基礎(chǔ)設(shè)施還沒有準(zhǔn)備好應(yīng)對(duì)這一問題，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，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更容易、成本更低。
這是因?yàn)橐子谕ㄟ^化學(xué)和機(jī)械分解的電池成本更低，有助于使未來的電動(dòng)汽車更清潔、更便宜。
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