给电池充电就是将锂离子从氧化的晶体中分离出来 , 并拉到石墨端的阳极来进行储存 。 锂的电子则随着锂离子的游走同时在外部电路里流通 , 整个运动就像颠倒的沙漏中的沙子一样 。 其他元素在“沙漏”里大多都不能像锂这样 , 提供足够的“沙子” , 也就达不到与之相当的能量密度 。 而且使用锂不会产生二氧化碳 , 对我们来说也相对便宜 。
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锂离子电池产生电能(-为石墨材料制作的阳极 , +为阴极) 。 |网络图片
研究者们认为目前还没有比使用锂更好的选择 。
而锂电池中用到的主要原料 , 除了锂 , 还有镍、钴、锰 。 这三种材料在我国都是极度依赖进口的 。 而且使用钴是一个严重的问题 。 钴是一种有毒金属 , 全球三分之二的钴都开采自刚果 , 无论是开采还是回收的过程都很容易产生化学危害 。
很多实验室都在尝试降低钴的使用量或完全不使用钴 。 但这样的材料很难保持稳定 , 电池储存的能量密度通常也都会下降 。 也就是说 , 这样的电池很容易没电 。 在近日里已经有两个团队研究出了新的无钴稳定材料 , 但目前仍停留在实验阶段 , 学界对此持乐观态度 。
在另一方面 , 镍也是制造锂电池必需的一种稀有金属 , 研究者们也想把它从电池中替换掉 。 他们已经发现了一种替代方案 , 那就是使用不规则矿盐 。 在过去的几十年里 , 相关团队已经发现特定的富锂矿盐可以轻松让锂流动 。 这样的不规则矿盐并不需要钴或镍来维持稳定性 , 并且还可以用锰来制成 。
回收锂电池的国际竞争
就目前而言 , 留给锂电池回收技术的发展时间还很充裕 , 而且回报也会很可观 。
锂本身并不是稀有金属 , 并且锂电池的市场还没有达到它的最大规模 , 部分原因是锂电池实在太耐用了 。 现在的汽车电池可能可以使用20年 , 甚至超过了汽车本身的使用寿命 。 废弃的锂电池如果经过适当的回收完全可以用于功耗更低的设备上 , 比如说手机 。 这给锂电池的回收提供了广阔的开发空间 , 研究者们正努力把锂的回收过程改进得更经济 。
在大量生产锂电池的中国、日本、韩国 , 锂电池回收技术已相当成熟 。 广东邦普是中国最大的锂电池制造商 , 它每年能回收十二万吨的电池 。 这相当于超过二十万辆电动车使用的锂、钴、镍都能够被有效再利用 。 中国的政策正在鼓励回收电池 , 摆脱对进口原材料矿石的依赖 。
在这些典型的回收过程中 , 电池首先被机器撕碎 , 成为了一团金属混合物后再被分解为构成它的基本元素 。 这个过程要么是用熔炉来融化(火法冶炼) , 要么是用强酸来溶解(湿法冶炼) 。 最后 , 金属就会以晶体的形式从溶液中析出 。
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