为了不浪费金属资源与破坏环境,愈来愈多科学家已注意到锂离子电池回收议题,像是美国加州大学圣地牙哥分校(UCSD)近期也带来更安全、低能耗的电池阴极回收再造方案。
电动车与锂离子电池储能系统日渐崛起,锂离子电池使用量也与日俱增,然而全球锂电池回收比例少得可怜,不仅浪费材料,还可能会污染环境以及造成重要金属短缺问题,为此现在有许多科学团队正努力循环再利用废弃电池零件。
UCSD 研究锂电池回收技术已久,早在 2017 年就推出电池阴极回收再生技术,在这两年间也不断改良技术,其中团队致力“修复”废弃电池阴极,让材料可重返新电池制程。在该研究中,他们首先从废弃电池中收集阴极材料粒子,放入热锂盐碱性溶液后开始加压加热,将温度提高至 800℃,之后再经过退火(Annealing)降温以增加材料柔软性、延展性和韧性,最后运用焕然一新的材料粒子制作新电极。
当时研究团队测试指出,重生的电极储电容量、寿命跟充放电速度都不见下滑,所消耗的能量也更少。
尽管看来 UCSD 2017-2018 年的研究已经很不错了,但团队认为还是有许多需要改进的地方,UCSD 团队指出,锂电池回收过程中,他们会将压力加压至 10 atm.(= 10.1325 bar),这就需要额外的安全防护措施和特殊设备,进而提高成本。
因此 UCSD 再次改良制程,研发出可在标准压力中工作的技术,他们将原本的锂盐溶液改成由多种盐组合的共晶锂盐(eutectic lithium salt),之后的加热退火部分也分两阶段处理,团队先将温度提高至 300℃,等温度下降后,再加热且维持在 850℃ 数小时。
(Source:UCSD)
团队指出,共晶锂盐的熔点温度较低,加热后会变成无溶剂液体(solvent-free liquid),科学家可在常压下用该液体来降解阴极材料、修复锂离子。而目前团队也成功再生高镍锰钴(NMC)电极,实验室研究员 Yang Shi 表示,实际测试再生阴极后,团队发现其储电容量、寿命都跟全新的电池一样。
UCSD 奈米工程教授郑晨(Zheng Chen)指出,未来团队希望这项技术可以广泛应用在锂电池回收制程,与此同时团队也正努力回收石墨与其他材料,希望可让电池材料不再被浪费。
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(首图为示意图,来源:Flickr/Paralog CC BY-ND 2.0)
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