廢舊鋰電池回收是門(mén)好生意。
不過(guò)，目前主流的電池回收企業(yè)都不得不面對一個(gè)大麻煩，即電池回收的過(guò)程能耗大，經(jīng)濟成本高，并會(huì )產(chǎn)生大量有毒副產(chǎn)品。
2月初，美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory，LBL）在其官方網(wǎng)站宣布，實(shí)驗室相關(guān)團隊已開(kāi)發(fā)出一種快速釋放黏結劑（Quick-Release Binder），使用這種快速釋放黏結劑的鋰離子電池在回收時(shí)，只需要拆開(kāi)后放入常溫堿性水，輕輕搖動(dòng)就能將電極成分分離，之后將所需要的成分從水中濾出并風(fēng)干即可。
目前，相關(guān)團隊正在和美國電池回收企業(yè)onto technologies合作，進(jìn)行測試，很快將推向市場(chǎng)。
據了解，黏結劑是大多數類(lèi)型電池（包括鋰離子電池和常用的堿性電池）中使用的膠狀物質(zhì)。電池都有兩個(gè)電極——帶正電的正極和帶負電的負極。電極由產(chǎn)生電流的導電化學(xué)物質(zhì)制成，黏結劑將這些活性化學(xué)成分結合在一起，固定在適當的位置，以實(shí)現一致和持久的性能。
而勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室工作人員發(fā)明的快速釋放黏結劑由兩種市售聚合物材料聚丙烯酸 (PAA) 和聚乙烯亞胺 (PEI) 制成，它們通過(guò)PEI中帶正電的氮原子和PAA中帶負電的氧原子之間的化學(xué)鍵連接在一起。
當將固體黏結材料被置于含有氫氧化鈉 (Na + OH – ) 的堿性水中時(shí)，鈉離子會(huì )進(jìn)入連接位點(diǎn)，從而將兩種聚合物材料分開(kāi)。分離的聚合物溶解到液體中，釋放出嵌入其中的任何電極成分。
左邊小瓶裝著(zhù)一個(gè)電池集流體銅箔，在快速釋放黏結劑溶解后，電池中有價(jià)值的電極組件已經(jīng)完全釋放出來(lái)。右邊小瓶中，黏結劑正在堿性水中快速溶解。相比之下，傳統的黏結劑像膠水一樣將電極材料強烈地黏合在集流體上，這使得分離和回收電池電極材料變得困難。
這就跟目前的廢舊鋰離子電池回收形成了鮮明的對比。據了解，以目前鋰離子電池回收技術(shù)的火法為例，需要將電池切碎和研磨，燃燒后進(jìn)行金屬及元素分離?；厥者^(guò)程不僅能耗高，成本高昂，而且會(huì )釋放出必須謹慎處理的有毒化學(xué)物質(zhì)。
勞倫斯實(shí)驗室團隊的快速釋放黏結劑可用于制造電池正極和負極，價(jià)格約為目前兩種最常用的電池商業(yè)黏結劑的十分之一。
伯克利實(shí)驗室能源技術(shù)領(lǐng)域的高級科學(xué)家、伯克利實(shí)驗室儲能中心成員、項目負責人劉杲說(shuō):“如果我們不停止燃燒電池、不停止把它們扔進(jìn)垃圾桶，我們將在未來(lái)十年耗盡資源。鈷和鎳都不夠用，我們必須回收，否則跟不上市場(chǎng)對電池的需求?！?/p>
團隊的另一名成員表示，“在實(shí)驗室規模，制備是很容易的，我們認為推廣到商業(yè)規模也不會(huì )很困難?！眻F隊認為，這種材料可以適用于各種尺寸的電池，從手機中的小型電池到電網(wǎng)中的儲能電池。
團隊的測試表明，這種黏結劑可以適用于各種電池類(lèi)型，例如圖中的紐扣電池。
2022年9月下旬，該技術(shù)被R&D 100 Awards評為2022年全球開(kāi)發(fā)的100項革命性技術(shù)之一。
美國電池企業(yè)OnTo Technology 公司正在和劉杲的團隊合作，完成產(chǎn)品測試并將其推向市場(chǎng)。已有的實(shí)驗表明，快速釋放黏結劑在高電壓和低電壓下都非常穩定，研究人員現在計劃使用這一黏結劑構建原型鋰離子電池，以分析其性能。
在OnTo Technology 公司創(chuàng )始人史蒂夫·斯盧普（Steve Sloop）看來(lái)，快速釋放黏結劑代表了電池設計的范式轉變。這種設計范式不再是先設計電池并試圖在事后創(chuàng )建回收過(guò)程，而成為了第一個(gè)“為了回收”的設計。
假設測試進(jìn)展順利，技術(shù)將順利過(guò)渡到商業(yè)制造。史蒂夫·斯盧普說(shuō)，“電池不含全氟烷基和多氟烷基物質(zhì) (PFAS)，這也是一項偉大的成就——PFAS 是一種用于制造不粘涂層和許多其他產(chǎn)品的化合物，但可能會(huì )產(chǎn)生很多健康相關(guān)問(wèn)題?！?/p>
據了解，這項快速釋放黏結劑的開(kāi)發(fā)已經(jīng)得到了美國能源部能源效率和可再生能源辦公室的支持。