更多嘉宾博客
随着人们对气候变化影响的担忧加剧，许多专家呼吁采取更多地使用电力作为化石燃料的替代品。随着电池技术的进步，越来越多的插电式混合动力和电动汽车在美国公路上行驶的车辆越来越多。公用事业公司使用可再生燃料发电的比例越来越大大规模电池存储系统．
这些趋势，再加上电池驱动的手机、手表、笔记本电脑、可穿戴设备和其他消费技术的数量越来越多，让我们不禁要问:一旦这些电池耗尽了，会发生什么?
尽管人们对更便宜、更强大、能量更密集的电池有着压倒性的热情，但制造商对使这些基本设备更具可持续性的关注相对较少。在美国，只有5%的锂离子电池是电动汽车和许多高科技产品的首选技术都是循环利用的．随着电动汽车和科技产品的销量持续增长，目前尚不清楚应该由谁来处理危险的电池废物，以及如何处理。
作为工程师设计先进材料,包括电池在美国，我们认为现在考虑这些问题很重要。为电池制造商创造途径，建立可持续的从生产到回收的制造流程，满足消费者和环境标准，可以降低未来十年发生电池浪费危机的可能性。
有害物质使回收变得复杂
与金属、塑料和纸制品相比，电池的回收和处理面临更复杂的挑战，因为它们含有许多有毒且难以分离的化学成分。
一些广泛使用的电池——特别是汽油动力汽车中的铅酸电池——具有相对简单的化学成分和设计，这使得它们易于回收。为手电筒和烟雾报警器等设备供电的常见的不可充电碱性或水基电池可以直接扔进垃圾填埋场。
然而，今天的锂离子电池非常复杂，并不是为可回收性而设计的。它们含有有害化学物质，如有毒的锂盐和过渡金属，会破坏环境并渗入水源。使用过的锂电池还含有嵌入的电化学能量——在它们不能再为设备供电后留下的少量电荷——这可能导致火灾或爆炸伤害处理它们的人．
此外，制造商几乎没有经济动力来修改现有的协议，以纳入有利于回收的设计。今天,它回收成本更高一块锂离子电池比它里面的可回收材料更有价值。
因此，处理电池垃圾的责任经常落在第三方回收公司身上，这些公司通过收集和处理可回收物赚钱。对他们来说，储存电池通常比处理和回收电池更便宜。
可以分解电池的回收技术，比如火法冶金学，或燃烧，和湿法冶金术也就是酸浸更有效率和更经济．但缺乏适当的电池回收基础设施给整个供应链造成了障碍。
例如，用过的电池长途运输到回收中心通常是用卡车来完成的。锂电池必须按照美国交通部的规定进行包装和运输第9类危险物质法规．使用一个阿贡国家实验室开发的模型，我们估计，这一要求使运输成本增加到普通货物的50倍以上。
更安全更简单
虽然将可回收性融入现有的传统锂离子电池制造中具有挑战性，但开发固态电池的可持续实践至关重要，固态电池是预计将在十年内进入市场的下一代技术。
固态电池用不易燃的无机固体电解质取代锂离子电池中的易燃有机液体电解质。这使得电池可以在更宽的温度范围内工作，并大大降低了火灾或爆炸的风险。我们的纳米工程师团队正在努力在下一代固态电池进入市场之前，将可回收性纳入到这些电池的开发中。
从概念上讲，可回收电池必须处理和运输安全，拆卸简单，生产成本低，对环境的危害最小。在分析了这些选项之后，我们选择了下一代全固态电池中特定化学物质的组合满足这些要求．
我们的设计策略减少了拆卸电池所需的步骤，并避免使用燃烧或有害化学物质，如酸或有毒有机溶剂。相反，它只使用安全、低成本的材料，如酒精和水基回收技术。这种方法是可扩展的，而且对环境友好。它极大地简化了传统的电池回收过程，并使拆卸和处理材料变得安全。
与回收锂离子电池相比，回收固态电池本质上更安全，因为它们完全由不易燃的部件制成。此外，在我们提出的设计中，整个电池可以直接回收，而无需将其分离成单个组件。这一特性极大地降低了回收它们的复杂性和成本。
我们的设计是在实验室规模上开发的概念验证技术。这最终取决于私营公司和公共机构，如国家实验室或国有废物处理设施，在工业规模上应用这些回收原则。
电池回收规则
开发易于回收的电池只是第一步。与电池回收相关的许多挑战来自处理它们的复杂物流。建立收集电池的设施、法规和实践与开发更好的回收技术同样重要。中国、韩国和欧盟都是已经在开发电池回收系统和授权．
一个有用的步骤是政府要求电池使用通用标签，类似于国际公认的塑料和金属回收标准标签。这有助于教育消费者和垃圾收集者如何处理不同类型的旧电池。
标记可以采用电子标签的形式，打印在电池标签上，并嵌入化学类型、年龄和制造商等信息。随时提供这些数据将有助于在废物处理设施中对大量电池进行自动化分类。
改善回收政策的国际执行也至关重要。大多数电池废料并不是在电池最初生产的地方产生的，这使得很难让制造商为处理这些废料负责。
这样的任务需要制造商和监管机构共同努力，开发更新的回收友好型设计和更好的收集基础设施。通过现在面对这些挑战，我们相信在未来有可能避免或减少电池浪费的有害影响。
郑陈是加州大学圣地亚哥分校工程学助理教授。达伦·h·s·谭是加州大学圣地亚哥分校化学工程博士研究生。这篇文章原载于The Conversation网站并根据创作共用许可在此重新发布。
每周时事通讯
在您的收件箱中获得建筑科学和能源效率建议，以及特别优惠。
6个评论
目前解决这个问题的方法是HOPE。希望一旦电动汽车的电池在使用了十年后从车上取出，然后再花十年时间重新用于其他用途，就会有一个经济的解决方案来回收这个该死的东西。
我不确定今天是否有可能安全地收集旧电池。有这么多不同的尺寸，形状每个在不同的案件材料。如何确保收集的电池全部100%放电?如果一个部分充电的电池碰巧通过接触其他电池而形成一个完整的电路，这个短路很可能会使该电池过热，并在该电池中引发火灾，并迅速蔓延到该区域的所有其他电池。
> 1块2Ah 18650锂离子电池含锂0.6克
对于大型固定合同，2019年美国碳酸锂的年平均价格为每公吨1.3万美元，比2018年下降24%
碳酸锂的质量是19%
1吨锂的成本($13000 / 0.19)= $68421
锂的价格为68421/(10^6)= 0.07美元/克
一块18650电池含0.04美元的锂
一块18650电池的售价约为1.33美元。
你可以谈论钴稀缺，但似乎我们已经进入了向无钴电池和低钴电池的过渡阶段。
我怀疑回收锂离子电池是一个有意义的追求，除非锂的价格大幅上涨。我认为目前我们试图回收这些垃圾的唯一原因是我们不希望垃圾压实机经常着火。几乎可以肯定的是，即使是在一个集中的收集点，回收它们的碳成本也高于你在新的制造过程中节省的碳支出。如果不制造电燃烧弹或使用大量一次性包装材料来防止电燃烧弹事件，你甚至无法将它们集中起来，有效地运输它们。我们目前的做法要求每个电池单独包装，然后按类型袋装，然后装在一个厚纸板箱里，然后由专业回收商以每公斤惊人的价格处理掉。
将它们倾倒在现场的研磨机/焚化炉中，并远程回收回收的灰，似乎比将完好无损的电池作为爆炸性危险品运出更合适。或者是像盐水浴这样简单的东西，现在人们用锂聚合物电池来做。
在可预见的未来，锂离子(在某种程度上)很可能是主要的电池化学成分，也是纯电动汽车(bev)等的主要推动力。现在回收锂离子电池可能没有经济意义，但随着需求的增长，我们将需要所有我们能得到的锂。陆地上的锂储量是有限的，所以在我们找到一种经济地从海洋中提取锂的方法之前，锂离子电池的回收必须发挥作用。我们越早面对挑战越好。
《自然》杂志最近发表了一篇关于锂可用性的研究:
https://www.nature.com/articles/s41467-020-18402-y
锂电池燃烧气体的毒性是什么?
“为手电筒和烟雾报警器等设备供电的普通不可充电碱性或水基电池可以直接扔进垃圾填埋场。”
好吧，他们“可以”是，但这是一种可怕的浪费。最终，我们将没有山可炸，没有矿可挖来获取原材料。
登录或创建一个帐户发表评论。
报名 登录