电动汽车电池在未来十年内有望取材于旧电池回收
【川透社编译报道】由于对电动汽车电池需求不断增加，欧洲、北美地区选择回收旧电池来满足其需求。通过技术创新来改善当前低效耗能的回收方式，这既帮助建立本地电池供应商，避免其供应链脆弱；又能减少碳排放，保护…
尽管去年一些国家的电动汽车销售量有所下降，全球电池需求却逆势增长，增幅约为40%。这一趋势预计将持续下去，因此到2030年，全球对锂离子电池的需求预计将超过240万吨，几乎是目前需求量的两倍。锂作为锂离子电池中的关键成分，其来源问题亟待解决。
开采碳酸锂这一结晶盐是获取锂的主要方式，目前全球70%的碳酸锂产自阿根廷、澳大利亚和智利。然而，当前的加工环节主要集中在中国，除此之外，中国也加工其他重要的电池原材料，比如锰、钴以及几乎所有的电池级石墨，这使得人们对供应链的脆弱性感到担忧，尤其是在中国可能限制某些原材料供应的背景下。因此，欧洲和北美的立法者及汽车制造商正积极推动本地电池供应商的发展，以增强供应链的韧性。
随着技术进步，电池循环利用领域即将迎来重大创新。这一进展表明，在未来十年内，通过回收旧电池，大多数国家的电池原材料需求有望得到满足。
锂、锰和钴是制造电池正极（cathodes）的核心材料，而正极又是锂离子电池中最昂贵的部分。在充电过程中，电子从正极上的锂原子中剥离，形成带电离子，这些离子通过电解质迁移至负极（anode），而负极则由石墨（碳的一种同素异形体）构成。与此同时，从正极释放出的电子沿导线流向负极，与离子重新结合并储存。当电池放电时，这一过程会反向进行。尽管可以选择其他化学成分，但锰和钴因其稳定性更强而广泛应用于提升锂离子电池性能。
目前，电池原材料主要从超级工厂（gigafactories）1的废弃材料中回收。随着第一批电动汽车因使用年限到期走向报废，一个更丰富的电池原材料资源将很快出现。根据专业服务公司PWC的数据，到2040年，欧洲所需的电池原材料中高达60%可能来自旧电池回收，这得益于回收工艺的创新。其他分析师也持类似观点。美国智库RMI2预计，到2030年代中期，为了满足日益增长的电池生产需求，全球对开采原材料的依赖可能会达到顶峰。而电池回收技术和化学技术的创新不仅提升了电池能量密度，还减少了所需的原材料，从而使矿物开采不必持续到2050年。
然而，目前的回收方式仍面临诸多挑战。一些方法需要大量劳动力，而另一些则耗费能源或对环境造成危害。但每一个障碍都为创新提供了动力。例如，通过物理手段拆解电池以分离各组件需要耗费大量精力。而热冶金（pyrometallurgy）工艺能够通过将电池置于1600℃高温下提取镍和钴等金属，简化了提取流程，但这种方法不适用于提取锂。而湿冶金（hydrometallurgy）则可以提取锂，只需将旧电池粉碎，再将得到的黑质置于浸出剂处理。
部分浸出剂使用浓酸，这可能会污染环境、危害健康，因此需要谨慎处理废弃浸出剂，从而增加了回收成本。然而，有更好的替代品，例如由休斯顿德克萨斯州莱斯大学研究人员开发的共晶溶剂（DES），这种溶剂可生物降解且无毒。但其商业可行性尚未得到验证，因为它通常需要在200℃左右恒温加热较长时间，在此期间可能降解并失去有效性。
针对温度引起的降解问题，莱斯大学研究团队提出了一种简单的方法，即将DES溶剂放入微波炉中加热。研究发现，氯化胆碱（choline chloride），作为DES成分之一，可以很好地吸收微波辐射。研究团队在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）杂志上发表的一项最新研究显示，通过微波加热，DES溶剂能够在短短30秒内从废旧电池正极中回收约50%的锂，而15分钟内可回收87%。相比之下，传统油浴加热需耗时12小时。这一发现有望使锂回收过程变得更加快速、经济和高效（一些传统方法仅能回收5%），同时还可以调节DES溶剂以快速提取其他金属。
此外，研究者们也开始关注负极中的石墨回收问题。石墨大约占据整个电池的一半体积。尽管石墨可以开采，但大多数石墨是通过烘烤针状焦（一种煤加工和石油炼制副产品）合成而成。由于石墨必须提纯至99.95%以上才能用于制造新负极，从受污染的废旧电池中回收石墨变得相当困难。
新的石墨提纯工艺
澳大利亚材料公司Talga针对这一难题提出了解决方案。近期，该公司与英国公司Altilium及德国公司Aurubis签署协议，共同合作提纯废旧电池中的石墨，以便再次用于制造新负极。Talga采用一种化学提纯工艺，其详细内容正在申请专利，因此尚未公开。不过已知的是，该工艺源自欧洲首家负极生产工厂使用的一项技术。Talga在瑞典北部设立了工厂，并运营着一座石墨矿。
随着电池回收技术不断进步，一种循环供应链可能将应运而生。这不仅有助于电池本地化生产，避免其供应链脆弱；还能减少开采和精炼过程中产生的整体生命周期碳排放，让驾驶人员更有理由声称他们是环保人士。【全文完】
来源：《经济学人》2024年09月21日刊 | 作者：不详
原文标题：Within a decade, most electric-car batteries could be made with recycled materials
