NREL研究员Kae Fink与能源部ReCell中心合作，领导锂离子电池的直接回收技术开发。鸣谢:Dennis Schroeder，NREL 55098作为高性能个人电子产品、电动汽车和电网规模存储解决方案的主要选择，锂离子(Li-ion)电池继续主导市场。为了满足未来清洁能源的目标，研究人员必须为这些电池开发安全和可持续的回收工艺。根据罗切斯特理工学院的研究，预计到2040年，仅电动汽车用的290万个锂离子电池组就将达到其使用寿命，不再以峰值容量运行，这被称为“寿命终结”。国家可再生能源实验室(NREL)正在争分夺秒地优化回收流程，以保持锂离子供应链的稳定性，并通过提高回收材料的完整性来减轻与处置这些电池相关的环境危害。
建设可持续的回收行业
为了提高锂离子电池的易用性和可回收性，NREL与阿贡国家实验室(ANL)、橡树岭国家实验室和几所大学合作，作为美国能源部ReCell中心的一部分。在这次合作中，NREL在阴极再锂化技术、粘合剂去除和回收、黑色物质纯化、供应链分析和热分析技术方面做出了贡献。为了支持这项研究，NREL和ANL最近在《能源杂志》上发表了一项研究，展示了一种识别阻碍现有回收方法的金属污染物和杂质的新方法。
“我们的电池回收研究侧重于直接回收，以便重新利用增值产品，”高级储能工程师Matt Keyser说。“例如，我们对老化的阴极材料进行再锂化和再循环，以用于未来的电池，但锂电池的设计不是单片的，仍有许多工作要做。”
直接回收首先包括粉碎电池以分离电池组件，而不破坏活性物质的化学结构。这种材料通常被称为黑色物质，是电池设计中回收、再生和再利用的理想材料。然而，粉碎过程可能会将金属杂质引入回收的电极中。由此产生的污染物对回收者构成了挑战，抑制了回收电池的性能。
污染物检测的综合方法
为了查明这些杂质，NREL和ANL将电化学分析与等温微量热法相结合，以确定每种金属污染物的特征“指纹”，包括铁、铝、铜、硅和镁。这种协同方法允许研究人员确认污染物的存在，并评估每种金属杂质对回收电极整体性能的影响。
“这种新方法可以检测到这些污染物中每一种的独特信号，”NREL储能研究员凯·芬克说，他领导了锂离子直接回收技术的开发工作。“因此，研究人员可以区分有问题的元素，如铝或铜，并开发特定的方法来满足回收电池材料的纯度标准。”
这些发现揭示了优化直接回收方法的潜力，突出了回收材料中最有问题的污染物，并为去除杂质的补救和再净化策略提供了信息。此外，这种分析方法适用于实验室以外的环境，为回收材料的全行业质量控制指标的开发提供信息，并增强对升级锂离子电池的信心。
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