時光倒回10年前，在廣州郊區(qū)某處廢車場，一臺巨大的鉤機(jī)車緩緩升起一個巨大的鐵塊，它的下面是一輛已經(jīng)跑了三十萬公里的大眾桑塔納。伴隨一聲巨大的響聲，鐵塊落下，桑塔納被完全壓扁，結(jié)束了它的一生。


但是如果正常保養(yǎng)和正常駕駛，這輛大眾桑塔納，還是可以健健康康在馬路上跑幾年幾十萬公里的。但是在中國，因為種種機(jī)動車政策，它達(dá)不到要求，所以只能報廢。

汽車誕生100多年，每一輛出廠的汽車幾乎都是各種金屬加沙發(fā)。想要結(jié)束它們的生命，只需要狠狠壓扁它們變回了原來金屬的樣子。不過未來的汽車可能無需執(zhí)行這種殘酷的死刑，因為它們的內(nèi)核是電池，不能像汽車那邊隨便壓扁處理即可。隨著全世界電動車高速增長，一個巨大的挑戰(zhàn)迫在眉睫：所有舊鋰電池如何處理？

電動汽車安靜地嗡嗡聲逐漸取代內(nèi)燃機(jī)的轟鳴的聲音和排出有毒煙霧，我們熟悉的世界將發(fā)生一些變化。加油站的強(qiáng)烈氣味將消失在無味的充電站中，汽車就像我們的手機(jī)一樣，可以根據(jù)需要重新給電池充電。與此同時，遍布地平線的燃?xì)獍l(fā)電站可能會被改裝成容納大量電池，有朝一日可以用可再生能源為整個城市供電。

這個電氣化的未來比你想象的要近得多。通用汽車今年早些時候宣布，它計劃到 2035 年停止銷售汽油動力汽車。奧迪的目標(biāo)是到2033年停止生產(chǎn)它們，許多其他主要汽車公司也紛紛效仿。事實上，據(jù)報道，到2040年，全球三分之二的乘用新車銷量將是電動的。由于電池存儲技術(shù)的進(jìn)步，世界各地的電網(wǎng)規(guī)模系統(tǒng)正在迅速增長。

雖然這聽起來像是實現(xiàn)可持續(xù)電力和公路旅行的理想途徑，但存在一個大問題。目前，鋰（Li）離子電池通常用于電動汽車和用于存儲可再生能源的大型電池，而鋰電池難以回收利用。

正如預(yù)計的那樣，隨著對電動汽車的需求不斷增加，回收更多電動汽車的動力將在電池和汽車行業(yè)中迅速蔓延

一個原因是，最廣泛使用的回收更傳統(tǒng)電池（如鉛酸電池）的方法不適用于鋰電池。后者通常更大、更重、更復(fù)雜，如果拆開錯誤甚至?xí)芪ｋU。

在普通電池回收廠中，電池部件被粉碎成粉末，然后將粉末熔化（火法冶金）或溶解在酸中（濕法冶金）。但是鋰電池由許多不同的部件組成，如果不小心拆卸，它們可能會爆炸。即使鋰電池以這種方式分解，產(chǎn)品也不容易重復(fù)使用。

萊斯特大學(xué)物理化學(xué)家安德魯·阿博特 (Andrew Abbott) 說：“目前簡單地切碎所有東西并試圖純化復(fù)雜混合物的方法會導(dǎo)致生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品價值低。” 因此，回收它們比開采更多鋰以制造新鋰的成本更高。此外，由于大規(guī)模、廉價的鋰電池回收方法落后，全球只有約 5%的鋰電池被回收，這意味著大多數(shù)只是浪費(fèi)。

但隨著對電動汽車的需求增加，正如預(yù)計的那樣，回收更多電動汽車的動力將在電池和汽車行業(yè)中迅速蔓延。

目前鋰電池回收的缺點(diǎn)并不是它們造成環(huán)境壓力的唯一原因。開采鋰電池所需的各種金屬需要大量資源。開采一噸鋰需要500,000 加侖（2,273,000 升）的水。在智利的阿塔卡馬鹽灘，鋰礦開采與國家保護(hù)區(qū)的植被減少、白天溫度升高和干旱狀況加劇有關(guān)。因此，即使電動汽車在其整個生命周期內(nèi)可能有助于減少二氧化碳 (CO2) 排放，但為其提供動力的電池在其生命周期之初會產(chǎn)生大量的環(huán)境足跡。

然而，如果能更有效地回收使用大約10年左右后將耗盡的數(shù)百萬個鋰電池，它將有助于抵消所有能量消耗。幾個實驗室一直致力于改進(jìn)更有效的回收方法，以便最終以標(biāo)準(zhǔn)化、環(huán)保的方式回收鋰電池，以滿足飆升的需求。

“我們必須想辦法讓它進(jìn)入我們所說的循環(huán)生命周期，因為鋰、鈷和鎳需要大量電力和大量努力才能開采和提煉并制成電池。我們再也不能將電池視為一次性電池，”加州大學(xué)圣地亞哥分校能源技術(shù)教授 Shirley Meng 說。

電池單元具有金屬陰極，或正電極，所述電化學(xué)反應(yīng)期間收集電子，由鋰和元素，通常包括鈷，鎳，錳和鐵的一些混合使用。它還具有陽極，或?qū)㈦娮俞尫诺酵獠侩娐返碾姌O，由石墨、隔膜和某種電解質(zhì)制成，電解質(zhì)是在陰極和陽極之間傳輸電子的介質(zhì)。從陽極移動到陰極的鋰離子形成電流。陰極中的金屬是電池中最有價值的部分，化學(xué)家在拆解鋰電池時重點(diǎn)關(guān)注的就是這些部分的保護(hù)和翻新。

孟說，把鋰電池想象成一個有很多層的書架，鋰離子迅速穿過每個架子，每次都循環(huán)回到最上面的架子——這個過程叫做嵌入。年復(fù)一年，書架自然開始倒塌塌陷。因此，當(dāng)像孟這樣的化學(xué)家拆解鋰電池時，他們看到的是結(jié)構(gòu)和材料的退化。

改善鋰電池回收并最終使其部件可重復(fù)使用，將為現(xiàn)有的鋰電池重新注入價值。這就是為什么科學(xué)家們提倡孟描述的直接回收過程——因為它可以讓鋰電池最寶貴的部分，如正極和負(fù)極，獲得第二次生命。這可以顯著抵消與制造它們相關(guān)的能源、浪費(fèi)和成本。

但目前拆卸鋰電池主要是在實驗室環(huán)境中手工完成，如果直接回收要與更傳統(tǒng)的回收方法競爭，就需要改變這種方式。“在未來，拆卸方面需要更多的技術(shù)，”雅培說。“如果電池是用機(jī)器人組裝的，那么它需要以同樣的方式拆卸也是合乎邏輯的。”

根據(jù)雅培團(tuán)隊的研究，這種超聲波回收方法在同一時期內(nèi)可以處理比更傳統(tǒng)的濕法冶金方法多100 倍的材料。他說，用原始材料制造新電池的成本還不到一半。

Abbott 認(rèn)為，該過程可以輕松應(yīng)用于規(guī)?；?，并用于更大的基于電網(wǎng)的電池，因為它們通常具有相同的電池單元結(jié)構(gòu)，只是包含更多的電池單元。然而，該團(tuán)隊目前僅將其應(yīng)用于生產(chǎn)廢料，零件更容易從中分離，因為它們已經(jīng)沒有外殼。不過，該團(tuán)隊的機(jī)器人拆卸測試正在加速進(jìn)行。“我們有一個演示裝置，目前可以在整個電極上工作，我們希望在接下來的 18 個月內(nèi)能夠展示在生產(chǎn)設(shè)施中工作的自動化過程，”雅培說。

一些科學(xué)家主張放棄鋰電池，轉(zhuǎn)而采用可以以更環(huán)保的方式生產(chǎn)和分解的鋰電池。德克薩斯 A&M 大學(xué)化學(xué)工程教授 Jodie Lutkenhaus 一直在研究一種由有機(jī)物質(zhì)制成的電池，可以根據(jù)指令降解。

“由于相關(guān)的能源和勞動力成本，今天的許多電池都沒有回收利用，”Lutkenhaus 說。“根據(jù)指令降解的電池可能會簡化或降低回收的障礙。最終，這些降解產(chǎn)物可以重新組成新電池，從而關(guān)閉材料生命周期循環(huán)。”

考慮到即使將鋰電池拆解并翻新零件，仍有一些零件無法保存并成為廢物，這是一個合理的論點(diǎn)。像Lutkenhaus 團(tuán)隊正在研究的可降解的電池可能是一種更可持續(xù)的電源。

有機(jī)自由基電池 (ORB)自 2000 年代以來一直存在，并在合成以儲存和釋放電子的有機(jī)材料的幫助下發(fā)揮作用。Lutkenhause 解釋說：“有機(jī)自由基電池有兩種 [材料]，它們都充當(dāng)電極，它們協(xié)同工作以儲存和釋放電子或能量。”

該團(tuán)隊使用酸將他們的 ORB 分解成氨基酸和其他副產(chǎn)品，但是，條件需要恰到好處才能使部件正確降解。“最終我們發(fā)現(xiàn)酸在高溫下起作用，”Lutkenhause 說。


不過，這種可降解電池面臨著許多挑戰(zhàn)。制造它所需的材料非常昂貴，而且它還無法提供電動汽車和電網(wǎng)等高需求應(yīng)用所需的電力。但也許像 Lutkenhause 面臨的最大挑戰(zhàn)是與已經(jīng)成熟的鋰電池競爭。

“我們真的鼓勵所有電池制造商對所有電池進(jìn)行編碼，以便通過機(jī)器人人工智能技術(shù)，我們可以輕松地對電池進(jìn)行分類，”孟說。“整個領(lǐng)域都需要相互合作才能實現(xiàn)這一目標(biāo)。”

鋰電池用于為許多不同的設(shè)備供電，從筆記本電腦到汽車再到電網(wǎng)，其化學(xué)成分因用途而異，有時差異很大。這應(yīng)該反映在它們的回收方式上?？茖W(xué)家表示，電池回收廠必須將各種鋰電池分成不同的流程，類似于回收時對不同類型的塑料進(jìn)行分類，以使該過程最有效。

盡管他們面臨著一場艱苦的戰(zhàn)斗，但更可持續(xù)的電池正在緩慢但肯定地出現(xiàn)。“我們已經(jīng)看到一些設(shè)計進(jìn)入市場，使組裝和拆卸更容易，這很可能成為未來電池開發(fā)的一個重要話題，”雅培說。

在生產(chǎn)方面，電池和汽車制造商正在努力減少制造鋰電池所需的材料，以幫助減少采礦期間的能源消耗以及每個電池在使用壽命結(jié)束時產(chǎn)生的廢物。

電動汽車制造商也開始以多種不同的方式重復(fù)使用和重新利用自己的電池。例如，日產(chǎn)正在翻新舊的 Leaf 汽車電池，并將它們放入自動引導(dǎo)車輛，將零件運(yùn)送到其工廠。

電動汽車市場需求的穩(wěn)步增長已經(jīng)讓汽車行業(yè)的公司花費(fèi)數(shù)十億美元來提高鋰電池的可持續(xù)性。然而，中國目前是迄今為止最大的鋰電池生產(chǎn)國，隨后在回收利用方面遙遙領(lǐng)先。

廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)化方法回收鋰電池，包括對不同類型的流進(jìn)行分類，將使它們更近一步。同時，利用人工智能技術(shù)翻新陰極等最有用的部件，可以幫助鋰電池組件供應(yīng)量較少的國家不必過分依賴中國。

開發(fā)可能與鋰電池相媲美的新電池也可能會通過創(chuàng)造一些良性競爭來撼動該行業(yè)。“我確實認(rèn)為，如果我們使電池存儲的產(chǎn)品組合多樣化，特別是電網(wǎng)存儲的產(chǎn)品組合，它會讓世界變得更好，”孟說。

一種更簡單、更安全、制造成本更低、壽命結(jié)束時更容易分離的電池的出現(xiàn)是當(dāng)前電動汽車可持續(xù)性問題的最終答案。但在這樣的電池出現(xiàn)之前，規(guī)范鋰電池回收是朝著正確方向邁出的重要一步。

大約在 2025 年，當(dāng)數(shù)以百萬計的電動汽車電池達(dá)到其初始生命周期的終點(diǎn)時，簡化地回收過程對世界各地的經(jīng)濟(jì)體將更具吸引力。因此，當(dāng)電動汽車成為主要的交通工具時，它們的電池很有可能會為第二次生命做準(zhǔn)備。