锂电池废料新突破!新技术可减少90%能耗和75%温室气体排放

发布日期:2021-06-03 11:07:11   浏览量 :966
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如今的大多数锂电池都使用稀有而昂贵的金属钴作为阴极的一部分,但开采这种材料会给环境带来巨大的代价。因此,科学家们一直在致力于寻找更环保的替代材料,而磷酸锂离子就是其中一种。据报道,最新研究还可以进一步提高它的环保性能,一旦用完就可以使用少许能量就能恢复到原来的状态。


这项研究是由加州大学圣地亚哥分校的纳米工程师进行的,重点是研究磷酸铁锂制成的阴极电池的回收技术。通过减少镍和钴等重金属,这些类型的电池可以帮助避免矿产地的景观和水源的退化,同时避免工人在开采时暴露在危险的条件下。


人们对钴相关问题的认识日益增强,正推动该行业发生转变,许多人都在寻求替代电池设计,包括IBM和特斯拉这样的大公司。今年,特斯拉开始销售采用磷酸铁锂电池的Model 3。这些电池更安全,寿命更长,生产成本更低,但缺点之一就是,一旦它们被用完,回收成本很高。


“回收它们并不划算,”加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授Zheng Chen说:“这和塑料的困境是一样的——材料很便宜,但回收它们的方法却不便宜。”


此次研究的突破主要集中在磷酸铁锂电池性能退化背后的几个机制上。当它们被循环使用时,这个过程会推动结构变化,随着锂离子的流失,阴极中产生了空位,同时铁和锂离子也会在晶体结构中交换位置。这样就能捕获锂离子,防止它们在电池中循环。


研究小组采用了市面上可买到的磷酸铁锂电池,并将其消耗到一半的存储容量。然后,他们将电池拆开,将产生的粉末浸泡在含有锂盐和柠檬酸的溶液中,然后将其洗净、干燥,并在大约60至80°C的温度下加热。随后将这种粉末制成新的阴极,并在纽扣电池和小袋电池中进行测试,研究小组发现其性能恢复到了初始状态。


研究人员指出,这是因为这种回收技术不仅能补充电池的锂离子储备,还能使锂离子和铁离子重新回到阴极结构中的原始位置。这要归功于柠檬酸的加入,柠檬酸为铁离子提供了电子,并减少了阻止铁离子移动到原来位置的正电荷。这一切的结果是,锂离子可以被释放出来,并再次循环通过电池。  根据这项研究,与目前回收磷酸锂离子电池的方法相比,这种技术消耗的能量减少了80%到90%,排放的温室气体也少了约75%。虽然这是一个良好的开端,但研究小组表示,还需要进一步的研究,以确定收集和运输大量此类电池的整体环境足迹。


“下一个挑战将是弄清楚如何优化这些流程,”Zheng Chen表示,“这将使这种回收过程更接近于行业采用。”

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