美国研究员开发环保方法可降低锂离子电池回收成本

时间:2020-11-18 17:57:39 采编:wangshuaigang 阅读:

  据外媒报道,加州大学圣地亚哥分校University of California San Diego的纳米工程师开发出一种新工艺,可以使废旧正极材料恢复至完好状态,更加经济有效地回收锂离子电池。比起目前的方法,该工艺采用更加环保的化学物质,可将能耗降低80-90%,并使温室气体排放量减少约75%。



图片来源:ucsd

这一工艺特别适用于由磷酸铁锂LFP制成的正极。LFP电池使用寿命更长,更安全,并且因为不使用钴或镍等昂贵金属,与其他锂离子电池相比,制造成本更低,因此,被广泛应用于电动工具、电动公共汽车和能源电网,同时也是特斯拉Model 3的首选电池。该校纳米工程教授Zheng Chen表示:“考虑到这些优势,LFP电池在市场上将比其他锂离子电池更具竞争优势。但是,类似于塑料回收,这些材料本身很便宜,回收成本却很高。”

研究团队开发新的低成本回收工艺,可在低温60至80摄氏度和环境压力下完成操作,并且耗电量更少。此外,所使用的化学物质,如锂盐、氮气、水和柠檬酸,成本低廉且无害。研究人员Panpan Xu表示:“整个回收过程非常安全,不需要任何特殊的安全措施或设备,因此可以大幅降低回收成本。”

研究人员首先运行商用LFP电池,使其失去一半的储能能力;然后,将电池拆开,收集正极材料粉末,并将其浸泡在含有锂盐和柠檬酸的溶液中;接着,用水冲洗溶液,烘干粉末并加热;最后,将这些粉末制成新的正极,并在纽扣电池和软包电池中进行测试。结果发现,其电化学性能、化学组成和结构可完全恢复到起初状态。

在电池运行过程中,正极发生的两类结构变化,会导致其性能下降。首先是锂离子流失使正极结构中产生空位;再是当铁和锂离子在晶体结构中交换位置时,锂离子容易被困住,无法继续在电池中循环。该工艺通过补充锂离子来恢复正极结构,使铁和锂离子更易于回到原来位置。后者是通过柠檬酸完成的,柠檬酸可以起到还原剂的作用,将电子转移到铁离子上,使它们不带正电荷,从而将电子排斥力降至最低,让铁离子更易回到晶体结构中的原始位置,并释放锂离子,使其回到循环中。

研究人员表示,这一回收过程的总体能源成本较低。但是,从物流方面考虑,如果要大量收集、运输和处理电池材料,还需要进一步研究。

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