時(shí)光倒回10年前，在廣州郊區(qū)某處廢車場(chǎng)，一臺(tái)巨大的鉤機(jī)車緩緩升起一個(gè)巨大的鐵塊，它的下面是一輛已經(jīng)跑了三十萬公里的大眾桑塔納。伴隨一聲巨大的響聲，鐵塊落下，桑塔納被完全壓扁，結(jié)束了它的一生。


但是如果正常保養(yǎng)和正常駕駛，這輛大眾桑塔納，還是可以健健康康在馬路上跑幾年幾十萬公里的。但是在中國(guó)，因?yàn)榉N種機(jī)動(dòng)車政策，它達(dá)不到要求，所以只能報(bào)廢。

汽車誕生100多年，每一輛出廠的汽車幾乎都是各種金屬加沙發(fā)。想要結(jié)束它們的生命，只需要狠狠壓扁它們變回了原來金屬的樣子。不過未來的汽車可能無需執(zhí)行這種殘酷的死刑，因?yàn)樗鼈兊膬?nèi)核是電池，不能像汽車那邊隨便壓扁處理即可。隨著全世界電動(dòng)車高速增長(zhǎng)，一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)迫在眉睫：所有舊鋰電池如何處理？

電動(dòng)汽車安靜地嗡嗡聲逐漸取代內(nèi)燃機(jī)的轟鳴的聲音和排出有毒煙霧，我們熟悉的世界將發(fā)生一些變化。加油站的強(qiáng)烈氣味將消失在無味的充電站中，汽車就像我們的手機(jī)一樣，可以根據(jù)需要重新給電池充電。與此同時(shí)，遍布地平線的燃?xì)獍l(fā)電站可能會(huì)被改裝成容納大量電池，有朝一日可以用可再生能源為整個(gè)城市供電。

這個(gè)電氣化的未來比你想象的要近得多。通用汽車今年早些時(shí)候宣布，它計(jì)劃到 2035 年停止銷售汽油動(dòng)力汽車。奧迪的目標(biāo)是到2033年停止生產(chǎn)它們，許多其他主要汽車公司也紛紛效仿。事實(shí)上，據(jù)報(bào)道，到2040年，全球三分之二的乘用新車銷量將是電動(dòng)的。由于電池存儲(chǔ)技術(shù)的進(jìn)步，世界各地的電網(wǎng)規(guī)模系統(tǒng)正在迅速增長(zhǎng)。

雖然這聽起來像是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)電力和公路旅行的理想途徑，但存在一個(gè)大問題。目前，鋰（Li）離子電池通常用于電動(dòng)汽車和用于存儲(chǔ)可再生能源的大型電池，而鋰電池難以回收利用。

正如預(yù)計(jì)的那樣，隨著對(duì)電動(dòng)汽車的需求不斷增加，回收更多電動(dòng)汽車的動(dòng)力將在電池和汽車行業(yè)中迅速蔓延

一個(gè)原因是，最廣泛使用的回收更傳統(tǒng)電池（如鉛酸電池）的方法不適用于鋰電池。后者通常更大、更重、更復(fù)雜，如果拆開錯(cuò)誤甚至?xí)芪ｋU(xiǎn)。

在普通電池回收廠中，電池部件被粉碎成粉末，然后將粉末熔化（火法冶金）或溶解在酸中（濕法冶金）。但是鋰電池由許多不同的部件組成，如果不小心拆卸，它們可能會(huì)爆炸。即使鋰電池以這種方式分解，產(chǎn)品也不容易重復(fù)使用。

萊斯特大學(xué)物理化學(xué)家安德魯·阿博特 (Andrew Abbott) 說：“目前簡(jiǎn)單地切碎所有東西并試圖純化復(fù)雜混合物的方法會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品價(jià)值低。” 因此，回收它們比開采更多鋰以制造新鋰的成本更高。此外，由于大規(guī)模、廉價(jià)的鋰電池回收方法落后，全球只有約 5%的鋰電池被回收，這意味著大多數(shù)只是浪費(fèi)。

但隨著對(duì)電動(dòng)汽車的需求增加，正如預(yù)計(jì)的那樣，回收更多電動(dòng)汽車的動(dòng)力將在電池和汽車行業(yè)中迅速蔓延。

目前鋰電池回收的缺點(diǎn)并不是它們?cè)斐森h(huán)境壓力的唯一原因。開采鋰電池所需的各種金屬需要大量資源。開采一噸鋰需要500,000 加侖（2,273,000 升）的水。在智利的阿塔卡馬鹽灘，鋰礦開采與國(guó)家保護(hù)區(qū)的植被減少、白天溫度升高和干旱狀況加劇有關(guān)。因此，即使電動(dòng)汽車在其整個(gè)生命周期內(nèi)可能有助于減少二氧化碳 (CO2) 排放，但為其提供動(dòng)力的電池在其生命周期之初會(huì)產(chǎn)生大量的環(huán)境足跡。

然而，如果能更有效地回收使用大約10年左右后將耗盡的數(shù)百萬個(gè)鋰電池，它將有助于抵消所有能量消耗。幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室一直致力于改進(jìn)更有效的回收方法，以便最終以標(biāo)準(zhǔn)化、環(huán)保的方式回收鋰電池，以滿足飆升的需求。

“我們必須想辦法讓它進(jìn)入我們所說的循環(huán)生命周期，因?yàn)殇嚒⑩捄玩囆枰罅侩娏痛罅颗Σ拍荛_采和提煉并制成電池。我們?cè)僖膊荒軐㈦姵匾暈橐淮涡噪姵兀?rdquo;加州大學(xué)圣地亞哥分校能源技術(shù)教授 Shirley Meng 說。

電池單元具有金屬陰極，或正電極，所述電化學(xué)反應(yīng)期間收集電子，由鋰和元素，通常包括鈷，鎳，錳和鐵的一些混合使用。它還具有陽極，或?qū)㈦娮俞尫诺酵獠侩娐返碾姌O，由石墨、隔膜和某種電解質(zhì)制成，電解質(zhì)是在陰極和陽極之間傳輸電子的介質(zhì)。從陽極移動(dòng)到陰極的鋰離子形成電流。陰極中的金屬是電池中最有價(jià)值的部分，化學(xué)家在拆解鋰電池時(shí)重點(diǎn)關(guān)注的就是這些部分的保護(hù)和翻新。

孟說，把鋰電池想象成一個(gè)有很多層的書架，鋰離子迅速穿過每個(gè)架子，每次都循環(huán)回到最上面的架子——這個(gè)過程叫做嵌入。年復(fù)一年，書架自然開始倒塌塌陷。因此，當(dāng)像孟這樣的化學(xué)家拆解鋰電池時(shí)，他們看到的是結(jié)構(gòu)和材料的退化。

改善鋰電池回收并最終使其部件可重復(fù)使用，將為現(xiàn)有的鋰電池重新注入價(jià)值。這就是為什么科學(xué)家們提倡孟描述的直接回收過程——因?yàn)樗梢宰屼囯姵刈顚氋F的部分，如正極和負(fù)極，獲得第二次生命。這可以顯著抵消與制造它們相關(guān)的能源、浪費(fèi)和成本。

但目前拆卸鋰電池主要是在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中手工完成，如果直接回收要與更傳統(tǒng)的回收方法競(jìng)爭(zhēng)，就需要改變這種方式。“在未來，拆卸方面需要更多的技術(shù)，”雅培說。“如果電池是用機(jī)器人組裝的，那么它需要以同樣的方式拆卸也是合乎邏輯的。”

根據(jù)雅培團(tuán)隊(duì)的研究，這種超聲波回收方法在同一時(shí)期內(nèi)可以處理比更傳統(tǒng)的濕法冶金方法多100 倍的材料。他說，用原始材料制造新電池的成本還不到一半。

Abbott 認(rèn)為，該過程可以輕松應(yīng)用于規(guī)模化，并用于更大的基于電網(wǎng)的電池，因?yàn)樗鼈兺ǔ＞哂邢嗤碾姵貑卧Y(jié)構(gòu)，只是包含更多的電池單元。然而，該團(tuán)隊(duì)目前僅將其應(yīng)用于生產(chǎn)廢料，零件更容易從中分離，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)沒有外殼。不過，該團(tuán)隊(duì)的機(jī)器人拆卸測(cè)試正在加速進(jìn)行。“我們有一個(gè)演示裝置，目前可以在整個(gè)電極上工作，我們希望在接下來的 18 個(gè)月內(nèi)能夠展示在生產(chǎn)設(shè)施中工作的自動(dòng)化過程，”雅培說。

一些科學(xué)家主張放棄鋰電池，轉(zhuǎn)而采用可以以更環(huán)保的方式生產(chǎn)和分解的鋰電池。德克薩斯 A&M 大學(xué)化學(xué)工程教授 Jodie Lutkenhaus 一直在研究一種由有機(jī)物質(zhì)制成的電池，可以根據(jù)指令降解。

“由于相關(guān)的能源和勞動(dòng)力成本，今天的許多電池都沒有回收利用，”Lutkenhaus 說。“根據(jù)指令降解的電池可能會(huì)簡(jiǎn)化或降低回收的障礙。最終，這些降解產(chǎn)物可以重新組成新電池，從而關(guān)閉材料生命周期循環(huán)。”

考慮到即使將鋰電池拆解并翻新零件，仍有一些零件無法保存并成為廢物，這是一個(gè)合理的論點(diǎn)。像Lutkenhaus 團(tuán)隊(duì)正在研究的可降解的電池可能是一種更可持續(xù)的電源。

有機(jī)自由基電池 (ORB)自 2000 年代以來一直存在，并在合成以儲(chǔ)存和釋放電子的有機(jī)材料的幫助下發(fā)揮作用。Lutkenhause 解釋說：“有機(jī)自由基電池有兩種 [材料]，它們都充當(dāng)電極，它們協(xié)同工作以儲(chǔ)存和釋放電子或能量。”

該團(tuán)隊(duì)使用酸將他們的 ORB 分解成氨基酸和其他副產(chǎn)品，但是，條件需要恰到好處才能使部件正確降解。“最終我們發(fā)現(xiàn)酸在高溫下起作用，”Lutkenhause 說。


不過，這種可降解電池面臨著許多挑戰(zhàn)。制造它所需的材料非常昂貴，而且它還無法提供電動(dòng)汽車和電網(wǎng)等高需求應(yīng)用所需的電力。但也許像 Lutkenhause 面臨的最大挑戰(zhàn)是與已經(jīng)成熟的鋰電池競(jìng)爭(zhēng)。

“我們真的鼓勵(lì)所有電池制造商對(duì)所有電池進(jìn)行編碼，以便通過機(jī)器人人工智能技術(shù)，我們可以輕松地對(duì)電池進(jìn)行分類，”孟說。“整個(gè)領(lǐng)域都需要相互合作才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。”

鋰電池用于為許多不同的設(shè)備供電，從筆記本電腦到汽車再到電網(wǎng)，其化學(xué)成分因用途而異，有時(shí)差異很大。這應(yīng)該反映在它們的回收方式上。科學(xué)家表示，電池回收廠必須將各種鋰電池分成不同的流程，類似于回收時(shí)對(duì)不同類型的塑料進(jìn)行分類，以使該過程最有效。

盡管他們面臨著一場(chǎng)艱苦的戰(zhàn)斗，但更可持續(xù)的電池正在緩慢但肯定地出現(xiàn)。“我們已經(jīng)看到一些設(shè)計(jì)進(jìn)入市場(chǎng)，使組裝和拆卸更容易，這很可能成為未來電池開發(fā)的一個(gè)重要話題，”雅培說。

在生產(chǎn)方面，電池和汽車制造商正在努力減少制造鋰電池所需的材料，以幫助減少采礦期間的能源消耗以及每個(gè)電池在使用壽命結(jié)束時(shí)產(chǎn)生的廢物。

電動(dòng)汽車制造商也開始以多種不同的方式重復(fù)使用和重新利用自己的電池。例如，日產(chǎn)正在翻新舊的 Leaf 汽車電池，并將它們放入自動(dòng)引導(dǎo)車輛，將零件運(yùn)送到其工廠。

電動(dòng)汽車市場(chǎng)需求的穩(wěn)步增長(zhǎng)已經(jīng)讓汽車行業(yè)的公司花費(fèi)數(shù)十億美元來提高鋰電池的可持續(xù)性。然而，中國(guó)目前是迄今為止最大的鋰電池生產(chǎn)國(guó)，隨后在回收利用方面遙遙領(lǐng)先。

廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)化方法回收鋰電池，包括對(duì)不同類型的流進(jìn)行分類，將使它們更近一步。同時(shí)，利用人工智能技術(shù)翻新陰極等最有用的部件，可以幫助鋰電池組件供應(yīng)量較少的國(guó)家不必過分依賴中國(guó)。

開發(fā)可能與鋰電池相媲美的新電池也可能會(huì)通過創(chuàng)造一些良性競(jìng)爭(zhēng)來撼動(dòng)該行業(yè)。“我確實(shí)認(rèn)為，如果我們使電池存儲(chǔ)的產(chǎn)品組合多樣化，特別是電網(wǎng)存儲(chǔ)的產(chǎn)品組合，它會(huì)讓世界變得更好，”孟說。

一種更簡(jiǎn)單、更安全、制造成本更低、壽命結(jié)束時(shí)更容易分離的電池的出現(xiàn)是當(dāng)前電動(dòng)汽車可持續(xù)性問題的最終答案。但在這樣的電池出現(xiàn)之前，規(guī)范鋰電池回收是朝著正確方向邁出的重要一步。

大約在 2025 年，當(dāng)數(shù)以百萬計(jì)的電動(dòng)汽車電池達(dá)到其初始生命周期的終點(diǎn)時(shí)，簡(jiǎn)化地回收過程對(duì)世界各地的經(jīng)濟(jì)體將更具吸引力。因此，當(dāng)電動(dòng)汽車成為主要的交通工具時(shí)，它們的電池很有可能會(huì)為第二次生命做準(zhǔn)備。