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回收和重复使用磨损的阴极来制造新的锂离子电池

2019-03-09 09:07:16
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加利福尼亚大学圣地亚哥分校的纳米工程师开发出一种节能的回收工艺,可以从废旧锂离子电池中恢复使用过的阴极,使其工作效果与新的一样好。该方法包括从用过的电池中收集降解的阴极颗粒,然后煮沸并热处理它们。研究人员使用再生阴极制造新电池。充电存储容量,充电时间和电池寿命均恢复到原始水平。

这项工作为锂离子电池的环境问题提供了一个解决方案:当它们磨损时如何处理它们。目前,只有不到5%的二手锂离子电池可以回收利用。

“想想未来数百万吨锂离子电池的浪费,特别是随着电动汽车的兴起,以及锂和钴等宝贵资源的枯竭 - 开采更多这些资源将污染我们的水和土壤。如果我们可持续地收集和再利用旧电池的材料,我们可以潜在地防止这种重大的环境破坏和浪费,“加州大学圣地亚哥分校纳米工程教授郑晨说。

斗地主手机版加州大学圣地亚哥分校可持续能源与能源中心的负责人陈说,这项工作还可以解决与电池废物有关的经济问题。“锂,钴和镍的价格大幅上涨。回收这些昂贵的材料可以降低电池成本,”他说。

最近在Green Chemistry上发布的新回收方法可用于回收和还原称为锂钴氧化物的锂离子电池正极材料,该材料广泛用于包括智能手机和笔记本电脑在内的消费电子设备中。该方法也适用于NMC,一种流行的含有镍,锰和钴的锂阴极,用于大多数电动汽车。

斗地主手机版该方法包括首先从废锂离子电池收集阴极颗粒。研究人员然后在含有锂盐的热碱性溶液中对阴极颗粒加压 - 该溶液可以回收再利用以处理更多批次。然后,颗粒经过短暂的退火过程,在此过程中将它们加热到800℃,然后非常缓慢地冷却。

斗地主手机版研究人员用再生颗粒制作了新的阴极,然后用实验室制造的电池对它们进行了测试。新阴极显示出与原件相同的储能容量,充电时间和寿命。

Chen指出,这个过程的一个有趣之处在于,它与用于制造原始阴极颗粒的基本相同。“我们可以简单地通过相同的处理步骤来恢复退化的材料,”他说。

随着锂离子电池的磨损,阴极材料会损失一些锂原子。阴极的原子结构也发生变化,使得离子进出的能力降低。陈氏集团开发的回收过程将阴极的锂浓度和原子结构恢复到原始状态。

总的来说,回收过程使用5.9兆焦耳的能量,相当于一杯汽油约四分之三的能量,以恢复一公斤的阴极材料。正在开发的几种其他锂离子电池阴极再循环工艺使用至少两倍的能量。

目标是优化工业规模的这一过程。Chen的团队计划与亚洲的电池公司合作。陈说,一个特别的改进领域是阴极收获步骤。现在,必须从电池的其余部分手动挑选颗粒。研究人员正在努力简化这一步骤,以使整个过程在工业上可行。

Chen的团队正在改进这一工艺,以便它可以用于回收任何类型的锂离子电池正极材料,以及锂钴氧化物和锂NMC。“目标是使这成为所有阴极的一般回收过程,”陈说。该团队还致力于回收使用过的阳极的过程。

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