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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,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,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。結果發(fā)現(xiàn),其電化學性能、化學組成和結構可完全恢復到起初狀態(tài)。
 
       在電池運行過程中,正極發(fā)生的兩類結構變化,會導致其性能下降。首先是鋰離子流失使正極結構中產(chǎn)生空位;再是當鐵和鋰離子在晶體結構中交換位置時,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構,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構中的原始位置,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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