科研团队研发电池回收新技术，利用等离子体清理再生正极材料

随着近年来电动汽车的高速增长，动力电池将迎来第一波退役回收潮，前景广阔的电池回收市场迫切需要更具成本效益的回收技术。

近日，普林斯顿大学的研究人员开发了一种低成本、可持续的方法来利用旧电池制造新电池，并成立了一家初创公司Princeton NuEnergy。

Princeton NuEnergy的联合创始人兼CEO、普林斯顿大学机械与航空航天工程系博士后阎超表示：“人们愿意将闲置的废电池交给我们，从我们这里收到新的正极原材料来制造新电池，比他们自己制造新电池的成本更低。”

Princeton NuEnergy研究人员开发的技术结合了不同领域的专业知识，以解决一个长期存在的问题：如何将废弃正极材料或者锂电池中含有钴、镍、锰和锂等元素的昂贵材料转化为新的正极。

目前，回收锂电池的技术依赖于刺激性化学物质和高温、高能密集型工艺，以此将废旧电池分解为元素成分。这种工艺在商业上以环保的方式扩大规模一直具有挑战性。

与之相反，Princeton NuEnergy是以直接回收的形式对正极本身进行升级和更新。该团队的方法可以恢复使用过的正极大部分的结构和成分，包括钴和锂。据研究人员介绍，这种生成新正极材料的方法可减少约70%的用水量、80%的能耗和排放量。

研究人员拿着从回收过程中提取的原料

这种技术的核心在于使用低温等离子体，这是一种反应性极强的电离气体，可以其特性进行化学反应，以此去除正极粉末中的污染物。否则，处理这些污染物需要非常高的温度，并且会大量分解材料。该团队可在不破坏正极材料的情况下对其进行清理，具体方法为机械分离正、负极材料，并使正极粉末通过等离子体反应器以去除使用电池时产生的污染。

以往的电池回收技术需要通过机械粉碎和熔炼电池材料分离出单个元素，或是将电池溶解在强酸中。这类基于酸的技术会产生大量金属，从而抵消了最初用于生产正极的所有工作。这些方法被认为是间接的，因为这只是将电池材料分解成元素成分，而不是将其重构、再生成新的电池材料。在废旧电池的使用周期中，会从正极材料中流失一些锂，因此研究团队将少量锂添加回再生出的正极粉末中，生产出比全新正极材料更便宜的材料。

“如果你有一块面团，你可以试着轻轻揉捏它并赋予它不同的结构，但基本上不要去管它。”Princeton NuEnergy联合创始人兼技术顾问Bruce Koel解释道，“你不该去破坏它或将其分解成面粉和黄油。”

目前美国只有约5%的废旧锂电池得到了回收。根据普林斯顿大学的美国净零排放研究，想要在本世纪中叶达到净零排放，意味着电动汽车的数量将从今天的大约100万辆增加到2.1亿-3.3亿辆。电动汽车电池的使用寿命为5-10年，每辆车大约有3000个电池单元（具体取决于型号）。IHC Markit的分析预计，目前约有100亿（约46.5万吨）废旧动力电池需要处理，预计到2025年这一数字将增长到290亿。

考虑到电池回收领域的热潮，拥有竞争性技术的公司可能会涌现，Princeton NuEnergy正在寻求扩大生产规模。来自台湾的纬创绿色科技公司（Wistron Greentech）最近与其合作启动了一个试点项目，该公司是科技公司主要的废物处理商之一。

Princeton NuEnergy目前正在该公司德克萨斯州的工厂建设一条加工线，计划在2022年将产量提升到每天至少一吨。一条曾用于从电子产品印刷电路板中回收黄金的生产线将被改造为Princeton NuEnergy的电池回收加工线。从黄金到锂、钴等电池材料，这也体现了当下市场需求的转变。

“我们认为，将该技术应用在一个真正的工业项目中会是一个巨大的机会，这将使我们能够大规模回收和重新利用锂电池。”阎超说道。

Koel表示，扩大这一技术规模，不仅可以缓解进口矿产的供应链问题，还可以降低对过度开采地区的矿产需求，这些地区的环境和劳工问题普遍较严重。例如，正极的关键成分钴大多产于刚果，那里的采矿业存在大量童工问题。

目前，该团队研发出的再生正极在小型纽扣电池中的测试性能十分出色。研究人员希望在几年内继续提高回收能力，并从消费类电子产品电池扩展到电动汽车电池，甚至可能扩展到使用再生材料制造全电池。