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中国科学院院士成会明:废旧锂电池再利用的“新途径”《斗罗大陆2》真人版角色:胡列娜和朱竹清不错,小舞有点呆!

南方财经全媒体记者 林典驰 深圳报道

3月24-25日,2023第三届先进电池材料集群产业发展论坛在深圳开幕。

在本次论坛上,中国科学院院士、中国科学院先进技术研究院碳中和技术研究所所长、深圳理工大学(筹)材料与能源学院名誉院长成会明作《锂离子电池材料的修复与再利用》主旨报告。

成会明表示,“要实现‘双碳’目标,我认为要做好六个方面:能源生产低碳化、能源使用电气化、工业过程氢能化,还有二氧化碳资源化、资源利用循环化、能源网络智能化。”

“从化石能源过渡到可再生能源,储能技术是必不可少的,我们今天重点谈谈电化学储能。”成会明谈到。

根据国家电网全球能源互联网研究院数据,到2030年,新型储能(不含储蓄)将达到100GW,2060年达到350GW,平均储能时长2小时。“电化学储能未来增长量非常大,可能会远远大于我们现在动力电池的规模。”成会明表示。

成会明谈到,锂电池是目前商业化最成功的一类电池,储能规模比较小、电动汽车占比较大、消费类电池基本保持稳定。电动汽车于10多年前开始大规模应用,现在陆续会有很多电动汽车报废,因此带来了很多废旧电池,而从全球范围来看,实际上废弃电池的回收量是非常低的。

与此同时,锂离子电池中存有贵金属资源,尤其是锂、钴、镍等,中国资源有限,存在被“卡脖子”的风险。2020年全球锂资源储量约为2100万吨贵金属当量,中国占全世界的5.88%左右。其他的资源分布也不均匀,中国探明储量占比较低。

因此废旧锂电池的回收极为重要,既能缓解锂电池的资源问题,确保能源战略安全,也关乎新能源产业的可持续发展。

目前废旧锂电池的常用回收方法主要有两种:一种是火法回收,一种是湿法回收。火法回收主要是采用放电拆解,然后进行高温处理,而湿法回收主要是采用化学试剂处理,金属提炼,变成氧化物。“这两种方法前者高能耗、高排放,后者污染比较大,总体来说流程较长。”

现有的回收方法均基于正极材料结构的破坏与有价金属元素的提取,而电极材料结构稳定,必须使用较为极端的条件,如高温、强酸等方法破坏正极材料中的化学键,且提取过程冗长。

成会明总结,现有回收技术面临如下挑战:基于结构破坏-再提取思路的湿法、火法回收方法流程长、能耗高;回收外加试剂的成本与排放不宜控制;回收产物应用具有局限性、经济性不高。

那有没有更好的办法呢?“省去中间环节,直接合成元素,元素变成材料,从间接回收向直接回收转变,这是我们的一个思路。”

成会明谈到,“我们提出了以下的解决方法:包括回收思路直接化、回收流程封闭化、回收产物功能化。具体来说,分别为从单质元素向获得化合物、间接回收向直接回收转变;使用外源试剂向内源试剂转变;回收产物具有功能化,多样化,高附加值化。”

成会明基于上述三个解决思路陆续开展了此方面的研究。其中包括固相烧结、水热反应、溶剂修复、电化学嵌锂、熔融盐修复;试剂循环再用、电池中残锂的回收、石墨的回收利用、集流体的回收利用、排放物的处理处置;以及修复正极材料的功能化、正极材料合金化,用作催化剂以及负极、集流体的转化。

会上,成会明为观众讲解其在电池回收方面的直接回收方法以及回收产物功能化方面的研究。

他呼吁,建立电池回收与利用体系是一个系统工程,需要立法、储运、回收技术,便于回收的电池设计、可溯源性多方面的协同创新,需要多学科交叉,包括材料、机械、信息等领域的协同发展。

理想的回收体系,应该是电池全生命周期可溯源、拆解分选自动化、电池材料直接再生等创新技术的集成。

废旧锂电池材料直接回收具有必要性,它也有利于资源的循环利用和环境保护。修复过后的材料又可以再用于锂离子电池,实现有效利用资源,降低电池成本。最后,还可以将回收材料转化应用到其他领域,拓展电池回收的经济性。

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