澎湃新聞記者 秦藝逍
隨著近年來電動汽車的高速增長，動力電池將迎來第一波退役回收潮，前景廣闊的電池回收市場迫切需要更具成本效益的回收技術(shù)。
近日，普林斯頓大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種低成本、可持續(xù)的方法來利用舊電池制造新電池，并成立了一家初創(chuàng)公司Princeton NuEnergy。
Princeton NuEnergy的聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO、普林斯頓大學(xué)機械與航空航天工程系博士后閻超表示：“人們愿意將閑置的廢電池交給我們，從我們這里收到新的正極原材料來制造新電池，比他們自己制造新電池的成本更低。”
Princeton NuEnergy研究人員開發(fā)的技術(shù)結(jié)合了不同領(lǐng)域的專業(yè)知識，以解決一個長期存在的問題：如何將廢棄正極材料或者鋰電池中含有鈷、鎳、錳和鋰等元素的昂貴材料轉(zhuǎn)化為新的正極。
目前，回收鋰電池的技術(shù)依賴于刺激性化學(xué)物質(zhì)和高溫、高能密集型工藝，以此將廢舊電池分解為元素成分。這種工藝在商業(yè)上以環(huán)保的方式擴大規(guī)模一直具有挑戰(zhàn)性。
與之相反，Princeton NuEnergy是以直接回收的形式對正極本身進(jìn)行升級和更新。該團隊的方法可以恢復(fù)使用過的正極大部分的結(jié)構(gòu)和成分，包括鈷和鋰。據(jù)研究人員介紹，這種生成新正極材料的方法可減少約70%的用水量、80%的能耗和排放量。
研究人員拿著從回收過程中提取的原料
這種技術(shù)的核心在于使用低溫等離子體，這是一種反應(yīng)性極強的電離氣體，可以其特性進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，以此去除正極粉末中的污染物。否則，處理這些污染物需要非常高的溫度，并且會大量分解材料。該團隊可在不破壞正極材料的情況下對其進(jìn)行清理，具體方法為機械分離正、負(fù)極材料，并使正極粉末通過等離子體反應(yīng)器以去除使用電池時產(chǎn)生的污染。
以往的電池回收技術(shù)需要通過機械粉碎和熔煉電池材料分離出單個元素，或是將電池溶解在強酸中。這類基于酸的技術(shù)會產(chǎn)生大量金屬，從而抵消了最初用于生產(chǎn)正極的所有工作。這些方法被認(rèn)為是間接的，因為這只是將電池材料分解成元素成分，而不是將其重構(gòu)、再生成新的電池材料。在廢舊電池的使用周期中，會從正極材料中流失一些鋰，因此研究團隊將少量鋰添加回再生出的正極粉末中，生產(chǎn)出比全新正極材料更便宜的材料。
“如果你有一塊面團，你可以試著輕輕揉捏它并賦予它不同的結(jié)構(gòu)，但基本上不要去管它。”Princeton NuEnergy聯(lián)合創(chuàng)始人兼技術(shù)顧問Bruce Koel解釋道，“你不該去破壞它或?qū)⑵浞纸獬擅娣酆忘S油。”
目前美國只有約5%的廢舊鋰電池得到了回收。根據(jù)普林斯頓大學(xué)的美國凈零排放研究，想要在本世紀(jì)中葉達(dá)到凈零排放，意味著電動汽車的數(shù)量將從今天的大約100萬輛增加到2.1億-3.3億輛。電動汽車電池的使用壽命為5-10年，每輛車大約有3000個電池單元（具體取決于型號）。IHC Markit的分析預(yù)計，目前約有100億（約46.5萬噸）廢舊動力電池需要處理，預(yù)計到2025年這一數(shù)字將增長到290億。
考慮到電池回收領(lǐng)域的熱潮，擁有競爭性技術(shù)的公司可能會涌現(xiàn)，Princeton NuEnergy正在尋求擴大生產(chǎn)規(guī)模。來自臺灣的緯創(chuàng)綠色科技公司（Wistron Greentech）最近與其合作啟動了一個試點項目，該公司是科技公司主要的廢物處理商之一。
Princeton NuEnergy目前正在該公司德克薩斯州的工廠建設(shè)一條加工線，計劃在2022年將產(chǎn)量提升到每天至少一噸。一條曾用于從電子產(chǎn)品印刷電路板中回收黃金的生產(chǎn)線將被改造為Princeton NuEnergy的電池回收加工線。從黃金到鋰、鈷等電池材料，這也體現(xiàn)了當(dāng)下市場需求的轉(zhuǎn)變。
“我們認(rèn)為，將該技術(shù)應(yīng)用在一個真正的工業(yè)項目中會是一個巨大的機會，這將使我們能夠大規(guī)模回收和重新利用鋰電池。”閻超說道。
Koel表示，擴大這一技術(shù)規(guī)模，不僅可以緩解進(jìn)口礦產(chǎn)的供應(yīng)鏈問題，還可以降低對過度開采地區(qū)的礦產(chǎn)需求，這些地區(qū)的環(huán)境和勞工問題普遍較嚴(yán)重。例如，正極的關(guān)鍵成分鈷大多產(chǎn)于剛果，那里的采礦業(yè)存在大量童工問題。
目前，該團隊研發(fā)出的再生正極在小型紐扣電池中的測試性能十分出色。研究人員希望在幾年內(nèi)繼續(xù)提高回收能力，并從消費類電子產(chǎn)品電池擴展到電動汽車電池，甚至可能擴展到使用再生材料制造全電池。
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