回收后的汽車電池，會(huì)成為手機(jī)電池嗎？

現(xiàn)代的低頭一族們最害怕的事，不是4G信號(hào)不好，不是流量不夠用，而是——手機(jī)沒(méi)電。作為信息社會(huì)的生命線，一部智能手機(jī)必須要有一塊耐用的電池。不過(guò)，你有沒(méi)有想過(guò)，我們新買來(lái)的手機(jī)所用的電池，很可能不是“一手”的，而是電動(dòng)汽車已經(jīng)使用過(guò)的一部分？

一部小米10S的電池含鋰量大約為1.4克，而一個(gè)汽車電池則需要大致8千克的鋰，35千克的鎳，20千克的錳和14千克的鈷。也就是說(shuō)，一個(gè)汽車電池所使用的鋰，大約能供5700臺(tái)手機(jī)使用。如此龐大的消耗，讓科學(xué)家們不得不考慮，靠現(xiàn)在的鋰礦產(chǎn)能，能滿足日益增加的電池需求嗎？而其中一個(gè)必然的解決方案，就是鋰電池回收。

身負(fù)重任的鋰電池 國(guó)際能源機(jī)構(gòu)（IEA）五月發(fā)布的一份報(bào)告稱，在本世紀(jì)中葉，全球?qū)⒂心芰?shí)現(xiàn)溫室氣體0排放。在這份報(bào)告中，電力出行就是0排放的基石。IEA的自信反映出各國(guó)的政策決定者、研究者和制造商逐漸在電力出行上達(dá)成了一致。要想維持氣候變化在一個(gè)可控的范圍內(nèi)，清潔能源的發(fā)展刻不容緩，而鋰電池就是其中的翹楚。
通用汽車的模擬電池展示 |網(wǎng)絡(luò)圖片

為了趟上環(huán)保的熱潮，在今年年初，美國(guó)汽車巨頭通用汽車宣布到2035年將停止售賣汽油動(dòng)力車，而德國(guó)的奧迪則計(jì)劃在2033之前就停止生產(chǎn)這類汽車?，F(xiàn)在，很多其他跨國(guó)汽車公司也公布了類似的路線圖。可以說(shuō)，原本正拖著自己的身體、有一步?jīng)]一步地往電動(dòng)化挪動(dòng)的汽車公司們突然間就開始向出口狂奔。

電動(dòng)車就是世界的前景，研究鋰電池的材料學(xué)家們?yōu)榇苏泵鎯蓚€(gè)挑戰(zhàn)。第一個(gè)挑戰(zhàn)是如何才能減少電池中使用的稀缺或者有害金屬，另一個(gè)則是改進(jìn)電池的回收過(guò)程，讓汽車電池中的高價(jià)值金屬能被有效再利用。回收高價(jià)值金屬是當(dāng)下的重點(diǎn)。 高能量電池，非“鋰”不可？ 鋰電池使用非常廣泛，導(dǎo)致我們很容易產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)，以為鋰資源很豐富。實(shí)際上，鋰礦的分布很不均勻，世界主要的鋰礦在南美洲，我國(guó)的鋰資源是很稀缺的。而鋰電池，在目前電池技術(shù)中具有不可取代的地位。

在鋰電池內(nèi)部，鋰離子從電池的陽(yáng)極游離到陰極，來(lái)產(chǎn)生電能。陰極是影響電池性能的主要因素，在陰極所使用的金屬也是最珍貴的。一般的鋰電池陰極是一層包含著微觀晶體的膠狀物，這些微觀晶體都是在地殼和地幔中自然形成的橄欖石和尖晶石。這些晶體能讓帶負(fù)電荷的氧和帶正電荷的鋰、鎳、錳和鈷配對(duì)。

給電池充電就是將鋰離子從氧化的晶體中分離出來(lái)，并拉到石墨端的陽(yáng)極來(lái)進(jìn)行儲(chǔ)存。鋰的電子則隨著鋰離子的游走同時(shí)在外部電路里流通，整個(gè)運(yùn)動(dòng)就像顛倒的沙漏中的沙子一樣。其他元素在“沙漏”里大多都不能像鋰這樣，提供足夠的“沙子”，也就達(dá)不到與之相當(dāng)?shù)哪芰棵芏?。而且使用鋰不?huì)產(chǎn)生二氧化碳，對(duì)我們來(lái)說(shuō)也相對(duì)便宜。
鋰離子電池產(chǎn)生電能（-為石墨材料制作的陽(yáng)極，+為陰極）。|網(wǎng)絡(luò)圖片

研究者們認(rèn)為目前還沒(méi)有比使用鋰更好的選擇。

而鋰電池中用到的主要原料，除了鋰，還有鎳、鈷、錳。這三種材料在我國(guó)都是極度依賴進(jìn)口的。而且使用鈷是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。鈷是一種有毒金屬，全球三分之二的鈷都開采自剛果，無(wú)論是開采還是回收的過(guò)程都很容易產(chǎn)生化學(xué)危害。

很多實(shí)驗(yàn)室都在嘗試降低鈷的使用量或完全不使用鈷。但這樣的材料很難保持穩(wěn)定，電池儲(chǔ)存的能量密度通常也都會(huì)下降。也就是說(shuō)，這樣的電池很容易沒(méi)電。在近日里已經(jīng)有兩個(gè)團(tuán)隊(duì)研究出了新的無(wú)鈷穩(wěn)定材料，但目前仍停留在實(shí)驗(yàn)階段，學(xué)界對(duì)此持樂(lè)觀態(tài)度。

在另一方面，鎳也是制造鋰電池必需的一種稀有金屬，研究者們也想把它從電池中替換掉。他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種替代方案，那就是使用不規(guī)則礦鹽。在過(guò)去的幾十年里，相關(guān)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)特定的富鋰礦鹽可以輕松讓鋰流動(dòng)。這樣的不規(guī)則礦鹽并不需要鈷或鎳來(lái)維持穩(wěn)定性，并且還可以用錳來(lái)制成。

回收鋰電池的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng) 就目前而言，留給鋰電池回收技術(shù)的發(fā)展時(shí)間還很充裕，而且回報(bào)也會(huì)很可觀。

鋰本身并不是稀有的金屬，并且鋰電池的市場(chǎng)還沒(méi)有達(dá)到它的最大規(guī)模，部分原因是鋰電池實(shí)在太耐用了?，F(xiàn)在的汽車電池可能可以使用20年，甚至超過(guò)了汽車本身的使用壽命。廢棄的鋰電池如果經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)幕厥胀耆梢杂糜诠母偷脑O(shè)備上，比如說(shuō)手機(jī)。這給鋰電池的回收提供了廣闊的開發(fā)空間，研究者們正努力把鋰的回收過(guò)程改進(jìn)得更經(jīng)濟(jì)。

在大量生產(chǎn)鋰電池的中國(guó)、日本、韓國(guó)，鋰電池回收技術(shù)已相當(dāng)成熟。廣東邦普是中國(guó)最大的鋰電池制造商，它每年能回收十二萬(wàn)噸的電池。這相當(dāng)于超過(guò)二十萬(wàn)輛電動(dòng)車使用的鋰、鈷、鎳都能夠被有效再利用。中國(guó)的政策正在鼓勵(lì)回收電池，擺脫對(duì)進(jìn)口原材料礦石的依賴。

在這些典型的回收過(guò)程中，電池首先被機(jī)器撕碎，成為了一團(tuán)金屬混合物后再被分解為構(gòu)成它的基本元素。這個(gè)過(guò)程要么是用熔爐來(lái)融化（火法冶煉），要么是用強(qiáng)酸來(lái)溶解（濕法冶煉）。最后，金屬就會(huì)以晶體的形式從溶液中析出。
德國(guó)的粉碎機(jī)正在撕碎電池。|網(wǎng)絡(luò)圖片

歐洲委員會(huì)起草了一份在2023年就可以生效的嚴(yán)格的回收電池條例，盡管他們發(fā)展回收工業(yè)的可能性并不高。與此同時(shí)，美國(guó)總統(tǒng)拜登也想花費(fèi)數(shù)十億美元來(lái)培養(yǎng)當(dāng)?shù)氐碾姵刂圃旌突厥展S，但只有少數(shù)美國(guó)公司聲稱他們已經(jīng)能將鋰電池的回收成本壓低到和開采礦物一致。當(dāng)然了，這僅是對(duì)回收還在使用鈷的鋰電池而言。 不同于常規(guī)的濕法或火法冶煉，有的公司采取了更激進(jìn)的回收方法，那就是直接提取陰極晶體。美國(guó)公司 ReCell，正在開發(fā)可以讓回收機(jī)提取陰極晶體的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)可以輕松地將鎳、錳和鈷從其他電池中分離出來(lái)。但也因?yàn)槿绱耍麄兒茈y將兩種金屬相同、比例不同的電池進(jìn)行分離。

來(lái)自萊徹斯特大學(xué)的英國(guó)材料學(xué)家安德魯·阿爾伯特則認(rèn)為，如果跳過(guò)回收中的粉碎電池過(guò)程，直接拆解電池將大大壓低成本。他和同僚們已經(jīng)能用超聲波來(lái)分離電池，但該方法僅對(duì)扁平的電池來(lái)說(shuō)最有效。而通常的電池都是圓筒狀。
準(zhǔn)備回收電池的工作者。|網(wǎng)絡(luò)圖片

在非常規(guī)的方法上，回收電池還有很多障礙要克服，不過(guò)這只會(huì)讓充滿熱情的科學(xué)家們?cè)酱煸接隆?/p>

可預(yù)見的未來(lái)

曾經(jīng)，傳統(tǒng)的汽油動(dòng)力車使用的是鉛酸電池。眾所周知，鉛是有毒的，這些鉛酸電池被歸類為有毒有害廢物而被回收。不過(guò)，就算不進(jìn)行回收，鉛酸電池的成本也比鋰電池的低，但廠家仍然建立了一套成熟有效的電池回收體系，以此降低了成本。最后98%的鉛酸電池都被回收再利用了。

今天，更昂貴的鋰電池沒(méi)有理由不去回收，尤其是在鋰資源產(chǎn)能還有很大的提升空間的當(dāng)下。

考慮到日趨嚴(yán)峻的氣候變化形勢(shì)，以及各國(guó)減少碳排放的決心，對(duì)應(yīng)到給出的各種政策支持和實(shí)際投入，鋰電池的低成本回收，幾乎必然會(huì)落實(shí)。而我們手機(jī)電池中使用“二手”鋰，也將變得司空見慣。

（責(zé)編 高佩雯）

參考資料：Davide Castelvecchi, Electric cars and batteries: how will the worldproduce enough?