伍斯特理工學(xué)院(Worcester Polytechnic Institute)研究人員Yan Wang發(fā)現(xiàn)回收的陰極材料性能優(yōu)于那些由原始材料制成的陰極材料性能。
在第26屆聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)上(COP26),戴姆勒,福特和大眾以及中國(guó)比亞迪承諾到2035年只生產(chǎn)電動(dòng)汽車。技術(shù)進(jìn)步使這成為一個(gè)現(xiàn)實(shí)的前景,但獲得如此多電動(dòng)汽車所需原材料的能力仍然令人懷疑。
正如
電池回收Redwood Materials公司制定的計(jì)劃,通過(guò)回收廢舊
電池并將這些材料作為循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一部分進(jìn)行再利用,或許可以緩解供應(yīng)的局勢(shì)。但是當(dāng)制作新電池的時(shí)候,回收的材料可以達(dá)到與原材料一樣的效果嗎?
伍斯特理工學(xué)院Yan Wang教授在他的論文“回收的陰極材料使鋰離子電池具有優(yōu)異的性能”中提出上述問(wèn)題。論文題目透露出Yan Wang教授的發(fā)現(xiàn),事實(shí)上,回收的材料在制作電池陰極時(shí)更勝于原始材料陰極。
Yan Wang教授說(shuō):“隨著鋰離子電池的需求日漸增加,從使用過(guò)的電池中回收材料是非常重要的,特別是電動(dòng)汽車上的電池。電池制造商想了解回收的陰極材料是否并不亞于新陰極材料。這項(xiàng)研究表明回收材料在電化學(xué)方面與一級(jí)供應(yīng)商提供的原始、最先進(jìn)的陰極材料相媲美或超越。”
Wang與萬(wàn)向公司(A123 Systems)、Battery Resourcers、阿公國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Argonne National Laboratory)、萊斯大學(xué)(Rice University)、布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Brookhaven National Laboratory)和美國(guó)先進(jìn)電池聯(lián)盟(USABC)共同合作完成該論文。
我們打電話與Wang教授聊天中,了解他的發(fā)現(xiàn)。
伍斯特理工學(xué)院研究員Yan Wang在他的實(shí)驗(yàn)室。
為什么電池的回收材料如此重要?
Yan Wang:首先,回收利用廢舊電池的有毒成分可以減少對(duì)環(huán)境的污染。第二,由于道德問(wèn)題和開采難度,原材料非常有限。隨著電動(dòng)汽車的快速發(fā)展,需求將很快超過(guò)供應(yīng)速度。因此,為了保護(hù)環(huán)境、減少鋰離子電池成本、緩解供應(yīng)鏈壓力,回收電池材料是非常重要的一步。
使用回收材料的潛在成本效益是什么?
Yan Wang: 根據(jù)一些預(yù)測(cè),節(jié)省的成本可以達(dá)到由原材料制成的陰極材料成本的43%,使鋰離子電池成本下降。
回收材料過(guò)程是否遇到困難?您是如何克服這些障礙的?
Yan Wang: 主要的困難是陰極材料的分類和再生。如我們所知,市場(chǎng)中的鋰離子電池種類有很多�;谝恍C(jī)密性,制造商不會(huì)在電池上貼標(biāo)簽注明,由于廢舊電池的材料不同,可能會(huì)引入雜質(zhì)。
我們的團(tuán)隊(duì)使用粉碎過(guò)程來(lái)避免分類步驟。然后,我們通過(guò)調(diào)整酸堿度來(lái)去除雜質(zhì)。另一個(gè)困難是因?yàn)榛厥盏娜芤罕仍疾牧系娜芤焊鼜?fù)雜。
經(jīng)過(guò)一系列的處理以后,回收溶液比未經(jīng)處理溶液含有更多的離子。因此,對(duì)于怎么利用回收生產(chǎn)好的陰極材料是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。我們做了很多試驗(yàn)來(lái)獲得回收溶液的最佳參數(shù)。
對(duì)于大量工業(yè)用途來(lái)說(shuō),這個(gè)過(guò)程合適嗎?
Yan Wang:自從我們開發(fā)了回收流程,可擴(kuò)展性也在我們的思考范圍內(nèi)。事實(shí)上,伍斯特理工學(xué)院旗下的Battery Resources公司正在商業(yè)化。
使用回收的陰極材料制成的電池性能v.s使用未經(jīng)處理材料的材料制成的電池性能
Yan Wang: 在報(bào)告中發(fā)現(xiàn),回收的鎳錳鈷氧化物(NMC111)具有回收材料的最佳循環(huán)壽命,能夠在80%和70%的容量保持率下進(jìn)行4200次循環(huán)和11600次循環(huán),比最先進(jìn)的商用NMC111分別高出超出33%和53%。同時(shí),在5C放電倍率下,NMC111比市面上其他的高出88.6%。
造成差異的原因是什么??jī)?yōu)化這一機(jī)制可以獲得什么更大收益的機(jī)會(huì)呢?
Yan Wang: 回收材料具有更大表面積、累積孔體積和更大內(nèi)部空隙的優(yōu)化微觀結(jié)構(gòu),這提供了更高的鋰化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)并減輕了循環(huán)過(guò)程中的應(yīng)變,這導(dǎo)致更少的相變并有利于優(yōu)異的性能。這種優(yōu)化應(yīng)該得益于復(fù)雜的循環(huán)溶液,它含有更多的其他離子。
中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì) 楊柳翻譯
2021.12.1
(責(zé)任編輯:子蕊)
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