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研究人員開發(fā)污染物識別方法 促進(jìn)鋰離子電池回收
時間:2022-02-17 09:34來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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據(jù)外媒報道，作為高功率個人電子產(chǎn)品、電動汽車和電網(wǎng)規(guī)模的主要存儲解決方案，鋰離子電池繼續(xù)主導(dǎo)著市場。為了實(shí)現(xiàn)未來的清潔能源目標(biāo)，研究人員必須針對這些電池開發(fā)安全和可持續(xù)的回收工藝。
（圖片來源：NREL）
據(jù)羅切斯特理工學(xué)院（Rochester Institute of Technology）的研究，到2040年，僅電動汽車用的鋰離子電池組，估計就有290萬個將達(dá)到其使用壽命的盡頭，不再以峰值容量運(yùn)行，也就是所謂的“壽命終結(jié)”。美國國家可再生能源實(shí)驗室（NREL）致力于優(yōu)化回收過程，以保持鋰離子供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性；并提高回收材料的完整性，從而緩解在電池處理過程中造成的環(huán)境危害。
建立可持續(xù)發(fā)展的回收產(chǎn)業(yè)
為了提高鋰離子電池的易用性和可回收性，NREL與阿貢國家實(shí)驗室（ANL）、橡樹嶺國家實(shí)驗室（Oak Ridge National Laboratory）和幾所大學(xué)（美國能源部的鋰離子電池回收技術(shù)研發(fā)中心ReCell Center的成員）達(dá)成合作。在此次合作中，NREL在正極再鋰化（relithiation）技術(shù)、粘結(jié)劑去除和回收、黑色物質(zhì)凈化（black mass purification）、供應(yīng)鏈分析和熱分析技術(shù)方面做出了貢獻(xiàn)。
為了支持這項研究，NREL和ANL展示了一種識別金屬污染物和雜質(zhì)的新方法。這些物質(zhì)在現(xiàn)有回收方法中造成了阻礙。高級儲能工程師Matt Keyser表示:“此項電池回收研究的重點(diǎn)是直接回收，旨在重新利用增值產(chǎn)品。舉例來說，對老化的正極材料進(jìn)行再鋰化和升級循環(huán)，以用于未來的電池。但鋰電池設(shè)計并不是單一的，還有很多工作要做。”
直接回收首先需要粉碎電池，以分離電池組件，而不破壞活性物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)。由此產(chǎn)生的材料通常稱為黑色物質(zhì)，是電池設(shè)計中回收、再生和再利用的理想材料。然而，粉碎過程可能導(dǎo)致金屬雜質(zhì)進(jìn)入回收電極，所產(chǎn)生的污染物會影響回收電池的性能，這給回收商帶來了挑戰(zhàn)。
綜合的污染物檢測方法
為了精準(zhǔn)確定這些雜質(zhì)，研究人員結(jié)合電化學(xué)分析與等溫微量熱法，以識別每種金屬污染物的“指紋”特征，包括鐵、鋁、銅、硅和鎂。通過這種協(xié)同方法，研究人員能夠確認(rèn)所存在的污染物，并評估每種金屬雜質(zhì)對回收電極整體性能的影響。
研究負(fù)責(zé)人Kae Fink表示：“這種創(chuàng)新方法可以檢測到每種污染物的獨(dú)特信號。因此，研究人員可以區(qū)分有問題的元素，如鋁或銅；并開發(fā)出特定的方法，以達(dá)到回收電池材料的純度標(biāo)準(zhǔn)。”
這些發(fā)現(xiàn)揭示了優(yōu)化直接回收方法的潛力，凸顯回收材料中存在嚴(yán)重問題的污染物，為并為去除雜質(zhì)提供了修復(fù)和再純化策略。此外，這種分析方法適用于實(shí)驗室以外的環(huán)境，為制訂行業(yè)范圍回收材料質(zhì)量控制指標(biāo)提供了信息，并將促進(jìn)升級再造鋰離子電池的發(fā)展。
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