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废锂电池扔进碱水就能回收?美劳伦斯国家实验室推出电池新材料

2024-02-19 10:45:03
来源:澎湃新闻

废旧锂电池回收是门好生意。

不过,目前主流的电池回收企业都不得不面对一个大麻烦,即电池回收的过程能耗大,经济成本高,并会产生大量有毒副产品。

2月初,美国劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory,LBL)在其官方网站宣布,实验室相关团队已开发出一种快速释放黏结剂(Quick-Release Binder),使用这种快速释放黏结剂的锂离子电池在回收时,只需要拆开后放入常温碱性水,轻轻摇动就能将电极成分分离,之后将所需要的成分从水中滤出并风干即可。

目前,相关团队正在和美国电池回收企业onto technologies合作,进行测试,很快将推向市场。

据了解,黏结剂是大多数类型电池(包括锂离子电池和常用的碱性电池)中使用的胶状物质。电池都有两个电极——带正电的正极和带负电的负极。电极由产生电流的导电化学物质制成,黏结剂将这些活性化学成分结合在一起,固定在适当的位置,以实现一致和持久的性能。

而劳伦斯伯克利国家实验室工作人员发明的快速释放黏结剂由两种市售聚合物材料聚丙烯酸 (PAA) 和聚乙烯亚胺 (PEI) 制成,它们通过PEI中带正电的氮原子和PAA中带负电的氧原子之间的化学键连接在一起。

当将固体黏结材料被置于含有氢氧化钠 (Na + OH – ) 的碱性水中时,钠离子会进入连接位点,从而将两种聚合物材料分开。分离的聚合物溶解到液体中,释放出嵌入其中的任何电极成分。

左边小瓶装着一个电池集流体铜箔,在快速释放黏结剂溶解后,电池中有价值的电极组件已经完全释放出来。右边小瓶中,黏结剂正在碱性水中快速溶解。相比之下,传统的黏结剂像胶水一样将电极材料强烈地黏合在集流体上,这使得分离和回收电池电极材料变得困难。

这就跟目前的废旧锂离子电池回收形成了鲜明的对比。据了解,以目前锂离子电池回收技术的火法为例,需要将电池切碎和研磨,燃烧后进行金属及元素分离。回收过程不仅能耗高,成本高昂,而且会释放出必须谨慎处理的有毒化学物质。

劳伦斯实验室团队的快速释放黏结剂可用于制造电池正极和负极,价格约为目前两种最常用的电池商业黏结剂的十分之一。

伯克利实验室能源技术领域的高级科学家、伯克利实验室储能中心成员、项目负责人刘杲说:“如果我们不停止燃烧电池、不停止把它们扔进垃圾桶,我们将在未来十年耗尽资源。钴和镍都不够用,我们必须回收,否则跟不上市场对电池的需求。”

团队的另一名成员表示,“在实验室规模,制备是很容易的,我们认为推广到商业规模也不会很困难。”团队认为,这种材料可以适用于各种尺寸的电池,从手机中的小型电池到电网中的储能电池。

团队的测试表明,这种黏结剂可以适用于各种电池类型,例如图中的纽扣电池。

2022年9月下旬,该技术被R&D 100 Awards评为2022年全球开发的100项革命性技术之一。

美国电池企业OnTo Technology 公司正在和刘杲的团队合作,完成产品测试并将其推向市场。已有的实验表明,快速释放黏结剂在高电压和低电压下都非常稳定,研究人员现在计划使用这一黏结剂构建原型锂离子电池,以分析其性能。

在OnTo Technology 公司创始人史蒂夫·斯卢普(Steve Sloop)看来,快速释放黏结剂代表了电池设计的范式转变。这种设计范式不再是先设计电池并试图在事后创建回收过程,而成为了第一个“为了回收”的设计。

假设测试进展顺利,技术将顺利过渡到商业制造。史蒂夫·斯卢普说,“电池不含全氟烷基和多氟烷基物质 (PFAS),这也是一项伟大的成就——PFAS 是一种用于制造不粘涂层和许多其他产品的化合物,但可能会产生很多健康相关问题。”

据了解,这项快速释放黏结剂的开发已经得到了美国能源部能源效率和可再生能源办公室的支持。

发布人:caoyang
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