環(huán)境與成本如何抉擇？電動車電池回收再利用小科普
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-01 10:23
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雷鋒網(wǎng)新智駕按：彭博社此前曾發(fā)布報告稱，到 2040 年全球電動車保有量將飆升至 5.59 億臺。不過，電動車不是永動機(jī)，它的電池也有老化的一天，而且誰也不想讓電池中的那些有害物質(zhì)傷害我們的環(huán)境。
因此，政策制定者和研究人員已經(jīng)開始考慮如何處理那些電動車上壽終正寢的電池了，而回收再利用就是選項之一。
近日，卡耐基梅隆大學(xué)的研究人員在《自然》雜志子刊《Nature Sustainability》上發(fā)表了一篇論文，論述了車用電池回收再利用的污染與經(jīng)濟(jì)成本。
論文中提到了三種類型的正極材料（電池中的陰極）：氧化鎳錳鈷（NMC）、氧化鎳鈷鋁（NCA）和磷酸鐵（LFP）。前兩種正極材料一般用在乘用車?yán)?，?LFP 則是電動巴士的最愛（比亞迪的電動大巴就用了 LFP 電池）。
鑒于電池包裝對再利用方法的選擇非常重要，論文還對圓柱電池（特斯拉用的電芯類型）和軟包電池進(jìn)行了對比。
研究人員還對再利用方法進(jìn)行了對比，其中包括火法冶金再利用（將電池中有價值的部分暴露在高溫下，隨后將這些金屬當(dāng)做合金回收），濕法冶金再利用（從電池中濾出有價值的金屬，隨后從溶液中分離出所需的金屬）和“直接正極再利用”（電池正極保留原樣，但添加新的鋰，使電池恢復(fù)原有性能）。
為了避免再利用過程中對環(huán)境造成污染，研究人員還對多種電池化學(xué)原料進(jìn)行了生命周期分析，他們估算了污染、能源消耗和回收原材料的成本，并對新造電池和回收電池的總成本進(jìn)行了對比。
回收再利用到底是保護(hù)還是破壞環(huán)境？
分析結(jié)果顯示，電動巴士上的 LFP 電池?zé)o論用到哪種回收方式，都無法避免額外的污染。同時，由于電動巴士所用的電池原料開采起來并不困難，且回收過程中減少的溫室氣體無法抵消消耗的能量和新產(chǎn)生的溫室氣體，因此現(xiàn)有技術(shù)條件下，新造巴士電池比回收再利用老電池更為環(huán)保。
不過，如果換到普通的電動乘用車上，這套博弈論就更復(fù)雜了。因為無論是 NMC 還是 NCA 電池，濕法冶金和直接正極再利用都能降低溫室氣體排放，但想大幅節(jié)能減排，前提必須是使用軟包電池。
至于火法冶金的再利用方式，效果就差得多了。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，在測試的每個樣本中，火法冶金都導(dǎo)致排放增加（具體的量與電池生命周期有關(guān)），而且這種方式回收的原料不一定都能用在新電池里。眼下，歐洲主要使用火法冶金的方式對舊電池進(jìn)行回收再利用，整個過程中需要回收整個電池重量的一半。
研究論文還指出，正極和電芯中的金屬材料被還原成金屬合金后，其它非可燃的點(diǎn)新材料都會變成爐渣，后續(xù)可用做水泥原料。
不過，這可不算完美的變廢為寶，因為 2018 年的一篇論文指出，水泥生產(chǎn)是世界上第三溫室氣體排放源，僅次于燃燒化石燃料和土地利用的改變（比如砍伐森林）。
就拿鈷來說，最近幾年價格真是水漲船高，對其進(jìn)行回收再利用能降低國家和公司對這種金屬的依賴性。由于鈷的主產(chǎn)區(qū)常年戰(zhàn)亂，因此少用甚至不用鈷還能維護(hù)地緣政治并解決人道主義危機(jī)，畢竟沒有買賣就沒有殺害（2018 年的一份研究還顯示，許多從事采礦業(yè)的剛果工人血液和尿液內(nèi)鈷殘留在升高，未來有可能對他們的心臟、肺部及甲狀腺造成傷害）。
該論文還認(rèn)為，即使電動車電池的回收再利用沒什么經(jīng)濟(jì)效益，監(jiān)管者也應(yīng)該為了環(huán)境保護(hù)強(qiáng)力介入，拿出資金來資助或鼓勵電動車回收再利用事業(yè)。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，對那些使用直接正極再利用法處理的電池進(jìn)行再次鋰化，在經(jīng)濟(jì)效益上可實現(xiàn)收支平衡。舉例來說，如果 NMC 與 NCA 電池正極材料回收成本分別不高于每公斤 15 美元和 19 美元，那么重獲新生的正極材料就能和新造材料在價格上平起平坐。這樣一來，直接正極再利用法在成本上就有競爭力了。
眼下，許多電動車公司都在探索替代方案，比如將老化的電動車電池當(dāng)做樓房的儲能站。至于這些方案能否在環(huán)境和經(jīng)濟(jì)上取得雙贏，恐怕現(xiàn)在的行業(yè)專家也沒底氣。好在，各家廠商都在努力，否則電動車一統(tǒng)天下的心愿就會成為鏡花水月。
干電池也成為伏打電池，伏打電池就是說由多組圓型板子成對出現(xiàn)并按照一定順序堆積而成，圓板上有兩種不同的金屬板，階層之間有一層布，起到導(dǎo)電作用，干電池就是根據(jù)這種原理制作而成，干電池內(nèi)部有一種糊狀的物質(zhì)，有些是明膠。因此它的電解液是糊狀的，并且這種電池一次性電池，放完電后不能再充電，鋅錳干電池的電動勢為1.5V，如果給手機(jī)充電的話至少需要多節(jié)干電池。
我們經(jīng)?？吹降氖俏逄柡推咛栯姵兀惶栯姵睾投栯姵赜玫南鄬ι僖稽c(diǎn)，這種電池主要是在無線鼠標(biāo)、鬧鐘、電動玩具、計算機(jī)、收音機(jī)方面應(yīng)用比較多，我們對南孚電池再熟悉不過，這是福建一家著名電池企業(yè)。
2、鋰電池
而鋰電池內(nèi)部的溶液是非水電解質(zhì)溶液，負(fù)極材料是由鋰金屬或鋰合金，因此與干電池區(qū)別是電池內(nèi)部反應(yīng)物質(zhì)不同，同時充電特性不同，鋰電池可以循環(huán)充電。鋰電池一般有鋰金屬電池以及鋰離子電池兩種，這種電池在手機(jī)、電動車、家用小電器上、手機(jī)、筆記本、電動剃須刀等大量應(yīng)用，比干電池應(yīng)用更廣泛。
鋰電池與干電池對比特點(diǎn)：
1、干電池屬于一次性電池，鋰電池屬于可充電電池，可多次循環(huán)充電，且無記憶，不需根據(jù)電量多少，隨充隨用；
2、干電池污染厲害，以前很多電池都含汞、鉛等重金屬，對環(huán)境污染嚴(yán)重，因為屬于一次性電池，很快用完就丟掉，但是鋰電池不含有害金屬；
3、鋰電池還有快速充電功能，循環(huán)壽命也很高，這是干電池?zé)o法企及的，并且現(xiàn)在很多鋰電池內(nèi)部都會有保護(hù)電路。
