美新製程可在常壓下運作,鋰電池陰極回收更簡單與安全

發佈日期: 2019 年 04 月 22 日 18:00 | 作者: | 分類: 產業資訊

為了不浪費金屬資源與破壞環境,愈來愈多科學家已注意到鋰離子電池回收議題,像是美國加州大學聖地牙哥分校(UCSD)近期也帶來更安全、低能耗的電池陰極回收再造方案。

電動車與鋰離子電池儲能系統日漸崛起,鋰離子電池使用量也與日俱增,然而全球鋰電池回收比例少得可憐,不僅浪費材料,還可能會污染環境以及造成重要金屬短缺問題,為此現在有許多科學團隊正努力循環再利用廢棄電池零件。

UCSD 研究鋰電池回收技術已久,早在 2017 年就推出電池陰極回收再生技術,在這兩年間也不斷改良技術,其中團隊致力「修復」廢棄電池陰極,讓材料可重返新電池製程。在該研究中,他們首先從廢棄電池中收集陰極材料粒子,放入熱鋰鹽鹼性溶液後開始加壓加熱,將溫度提高至 800℃,之後再經過退火(Annealing)降溫以增加材料柔軟性、延展性和韌性,最後運用煥然一新的材料粒子製作新電極。

當時研究團隊測試指出,重生的電極儲電容量、壽命跟充放電速度都不見下滑,所消耗的能量也更少。

儘管看來 UCSD 2017-2018 年的研究已經很不錯了,但團隊認為還是有許多需要改進的地方,UCSD 團隊指出,鋰電池回收過程中,他們會將壓力加壓至 10 atm.(= 10.1325 bar),這就需要額外的安全防護措施和特殊設備,進而提高成本。

因此 UCSD 再次改良製程,研發出可在標準壓力中工作的技術,他們將原本的鋰鹽溶液改成由多種鹽組合的共晶鋰鹽(eutectic lithium salt),之後的加熱退火部分也分兩階段處理,團隊先將溫度提高至 300℃,等溫度下降後,再加熱且維持在 850℃ 數小時。

圖片來源:UCSD

團隊指出,共晶鋰鹽的熔點溫度較低,加熱後會變成無溶劑液體(solvent-free liquid),科學家可在常壓下用該液體來降解陰極材料、修復鋰離子。而目前團隊也成功再生高鎳錳鈷(NMC)電極,實驗室研究員 Yang Shi 表示,實際測試再生陰極後,團隊發現其儲電容量、壽命都跟全新的電池一樣。

UCSD 奈米工程教授鄭晨(Zheng Chen)指出,未來團隊希望這項技術可以廣泛應用在鋰電池回收製程,與此同時團隊也正努力回收石墨與其他材料,希望可讓電池材料不再被浪費。

(合作媒體:科技新報。首圖為示意圖,來源:Paralog via FlickrCC BY-ND 2.0)

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