隨著人們對(duì)氣候變化影響的關(guān)注日益增加，許多專家呼吁呼吁更多地使用電力替代化石燃料。在電池技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下，美國(guó)道路上的插電式混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車數(shù)量正在增加。在大型電池存儲(chǔ)系統(tǒng)的支持下，公用事業(yè)部門正在利用可再生燃料發(fā)電，所占份額越來越大。

這些趨勢(shì)，再加上電池供電的電話，手表，筆記本電腦，可穿戴設(shè)備和其他消費(fèi)技術(shù)的不斷增長(zhǎng)，使我們感到奇怪：所有這些電池一旦耗盡，將會(huì)發(fā)生什么?

盡管人們對(duì)廉價(jià)，功能強(qiáng)大和能量密集型電池充滿了熱情，但制造商卻很少關(guān)注使這些基本設(shè)備更具可持續(xù)性。在美國(guó)，實(shí)際上只有約5%的鋰離子電池(電動(dòng)汽車和許多高科技產(chǎn)品選擇的技術(shù))被回收。隨著電動(dòng)汽車和科技產(chǎn)品的銷售持續(xù)增長(zhǎng)，目前尚不清楚誰(shuí)應(yīng)該處理有害的電池廢液或如何處理。

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作為致力于設(shè)計(jì)高級(jí)材料(包括電池)的工程師，我們認(rèn)為現(xiàn)在考慮這些問題很重要。為電池制造商創(chuàng)造途徑，以建立符合消費(fèi)者和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的可持續(xù)生產(chǎn)到回收的制造流程，可以減少未來十年電池浪費(fèi)危機(jī)的可能性。

危險(xiǎn)內(nèi)容

與金屬，塑料和紙制品相比，電池構(gòu)成了更復(fù)雜的回收和處置挑戰(zhàn)，因?yàn)殡姵匕S多有毒且難以分離的化學(xué)成分。

某些類型的廣泛使用的電池-尤其是汽油動(dòng)力汽車中的鉛酸電池-具有相對(duì)簡(jiǎn)單的化學(xué)結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)，可直接回收利用?？梢詫⑹蛛娡埠蜔熿F報(bào)警器等動(dòng)力設(shè)備常用的不可充電堿性或水基電池直接放置在垃圾填埋場(chǎng)中。

但是，當(dāng)今的鋰離子電池非常先進(jìn)，并且并非為回收利用而設(shè)計(jì)的。它們包含有害的化學(xué)物質(zhì)，例如有毒的鋰鹽和過渡金屬，會(huì)破壞環(huán)境并浸入水源。廢舊鋰電池還包含嵌入的電化學(xué)能，即不再能為設(shè)備供電后留下的少量電荷，這可能會(huì)引起火災(zāi)或爆炸，或傷害使用它們的人員。

而且，制造商幾乎沒有經(jīng)濟(jì)動(dòng)力來修改現(xiàn)有協(xié)議以納入可回收利用的設(shè)計(jì)。如今，回收鋰離子電池的成本超過其內(nèi)部可回收材料的價(jià)值。

結(jié)果，處理電池廢料的責(zé)任常常落在第三方回收商那里，這些公司從收集和處理可回收資源中獲利。通常，與處理和回收電池相比，存儲(chǔ)電池便宜。

諸如火法冶金或燃燒，濕法冶金或酸浸等可破壞電池的回收技術(shù)正變得越來越有效和經(jīng)濟(jì)。但是缺乏適當(dāng)?shù)碾姵鼗厥栈A(chǔ)設(shè)施會(huì)在整個(gè)供應(yīng)鏈中造成障礙。

例如，將用過的電池長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)交厥罩行耐ǔＪ怯每ㄜ囃瓿傻摹ｄ囯姵乇仨毟鶕?jù)美國(guó)運(yùn)輸部的9類危險(xiǎn)材料規(guī)定進(jìn)行包裝和運(yùn)輸。使用由阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Argonne National Laboratory)開發(fā)的模型，我們估計(jì)此要求將運(yùn)輸成本增加到常規(guī)貨物的50倍以上。

更安全更簡(jiǎn)單

雖然要在現(xiàn)有的常規(guī)鋰離子電池制造中提高可回收性將是一個(gè)挑戰(zhàn)，但至關(guān)重要的是開發(fā)固態(tài)電池的可持續(xù)實(shí)踐，這是有望在本十年內(nèi)進(jìn)入市場(chǎng)的下一代技術(shù)。

固態(tài)電池用不可燃的無機(jī)固體電解質(zhì)代替鋰離子電池中的可燃有機(jī)液體電解質(zhì)。這使電池可以在更寬的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，并大大降低了著火或爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。我們的納米工程師團(tuán)隊(duì)致力于將可回收性的便利性納入這些電池進(jìn)入市場(chǎng)之前的下一代固態(tài)電池開發(fā)。

從概念上講，可回收利用的電池必須安全搬運(yùn)和運(yùn)輸，易于拆卸，制造具有成本效益并且對(duì)環(huán)境的危害最小。在分析了選項(xiàng)之后，我們?cè)跐M足這些要求的下一代全固態(tài)電池中選擇了特定的化學(xué)組合。

我們的設(shè)計(jì)策略減少了拆卸電池所需的步驟，并避免使用燃燒或有害化學(xué)物質(zhì)(例如酸或有毒的有機(jī)溶劑)。相反，它僅使用安全，低成本的材料，例如酒精和水基回收技術(shù)。這種方法是可擴(kuò)展的并且對(duì)環(huán)境友好。它極大地簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的電池回收過程，并使其可以安全拆卸和處理材料。