当锂电遇上循环经济:看中国如何展现“变废为宝”黑科技领先全球

嘉慧浏览趣事 2024-12-21 21:41:16

在当今时代,电动化浪潮正以前所未有的速度席卷全球各个领域,已然成为不可阻挡的发展大势。无论是城市里大街小巷的新能源车,还是人们日常生活中离不开的智能手机,乃至支撑各类大型储能设施稳定运行的关键部件,电动化的身影无处不在。

而在这一蓬勃发展的背后,有一个关键的核心——电池,作为电能的载体为众多电动设备注入源源不断的动力。而随着锂电池应用规模的持续扩大,其相关的环境问题逐渐引发关注。

2017-2025年全球锂电池市场规模及预测情况

不过如果行业能够建立起完善、规范的管理体系,锂电池的污染是完全可以被有效管控在合理范围内的。尤其是在锂电废料的管理与利用这一关键环节,我们必须予以高度重视,既要避免因处理不当而产生大量污染,又要想尽办法提高其循环利用的效率,这已然成为当下我国在相关领域着力推动的一项重点工作。

中国锂电的探索之路

锂电池作为一个新兴的事物,尤其是我国处在了引领的地位,正因为其“新”而并没有太多案例可以借鉴,所以我国其实一直在摸索前行。包括锂电池的加工制造,再到电动车的突飞猛进,以及锂电废料的循环利用。

尤其是锂电废料的循环利用作为锂电池产业可持续发展的关键闭环,同样经历了从无到有、从粗放到精细的艰难探索过程。其核心流程是把锂电里不同的部件进行解离,通过一系列物理、化学手段,从中得到我们可以回收的中间物料,俗称叫“黑粉”。

锂电废料的循环利用

这一过程看似简单,实则蕴含着极高的技术含量,需要精确控制各种参数,确保不同部件能够有效分离,同时又不会对后续可回收利用的成分造成损害。

得到“黑粉”后,其后续处理是再进行湿法冶金的流程,将里面的有价金属元素,尤其是锂、镍、钴这些元素提取出来,再进一步通过材料的再造过程来制得锂电的材料。如此一来,原本可能被废弃的锂电废料,便完成华丽转身,重新回归到锂电池的生产链条之中,实现了资源的循环利用,大大减少了对原生矿产资源的依赖。

值得庆幸的是,我国在全过程优化的锂电固废高效低碳利用技术与应用方面取得了卓越成就,相关技术成果在专业领域斩获重要奖项。这项技术的核心优势在于针对锂电,我们能够从源头上减污降碳,提高资源的循环利用率,最终从这锂电废料到锂电材料打通全过程环节。

从锂、镍、钴元素的角度来看,镍、钴的回收率基本上可以到99%以上,在锂的方面我们可以达到95%以上,这一成绩在全球范围内都处于领先地位。

这便是极大地提高了资源的循环利用率,成功打通了从锂电废料到锂电材料的全过程环节,构建起了一条完整、高效的资源循环利用通道。这一成绩在全球范围内都处于领先地位。

废旧电池回收综合利用

中国在锂电废料“变身”上的创新解法

深入探究技术细节,我们可以发现科研人员通过控制它的界面解离,通过热解和机械耦合的方式将所提到的“黑粉”能够有效地从锂电废料里面解离出来,其回收率可以提高到95%~98%的水平,这是第一个方面的创新。

第二个方面是在元素的提取和分离阶段,科研团队开发了锂、镍、钴的选择性提取技术,可以进一步地缩短锂、镍、钴材料再造的流程,这样的话从全流程上来看,资源回收的效率可以得到显著的提升。

这项预处理工作通常是从电芯开始入手,因为电芯是锂电池的核心组成部分。在热解设备的设计研发过程中,我国科研人员充分考虑到不同来源、不同结构电池的特性,精心设计了能够自适应调节的热解系统。

一方面,要防止电池在热解过程中出现过热现象,因为过热可能引发一系列不安全的化学反应,甚至导致热失控,不仅会损坏设备,还可能造成严重的环境污染。

另一方面,还要应对不同电池中间电解液成分组成不同的问题。不同的电解液在热解过程中会释放出不同种类和浓度的污染物,这些污染物如果不能得到有效控制,将会严重影响后续 “黑粉” 的品质,进而影响整个循环利用流程的效率与质量。

为此,我国科研团队通过不懈努力,在热解和中间过程的分选过程进行了大胆创新,保证不同来源的电池、不同结构的电池都可以有一个好的适应。

从废旧锂离子电池中分步提取锂和镍钻的方法与流程

在新能源产业下,锂电池为一个核心部件所用到的元素,比如说锂、镍、钴这一类的很多原材料还是依赖于进口,它从原矿去加工的时候流程是非常长的,且碳足迹相对也是偏高的。

但是通过个人的循环利用可以降低关键金属从原矿来的比例,对咱们国家产业的供应链安全,还有“双碳”目标的实现还是有助力的。

中国锂电的领航征程

从锂电池的循环利用来讲,我国确实是这一领域的先行者,在国际领域上都是始终位于前列。早在十多年前我们国家的专业团队就开始研究锂离子电池的循环利用,经过多年的深耕细作,如今成果斐然。

因而我们大可满怀信心、拭目以待,因为有科研人员的共同努力来保障锂电池循环利用整体的安全:从手机电池到锂电的废料,再到材料的整个过程;从“三废”的治理,再到拓展前端的处理。从技术的探索开始,从需求来,从实验室到产业化,从一些点上的创新再带动形成一条完整的产业链,最终实现了锂电池循环利用全过程的优化升级。

“双碳”目标

总体而言,在这一伟大征程中,我国通过持续不断的技术创新,始终将保障锂电池本身的安全以及环境的安全放在首位,其实是做出了前无古人的事情。

而在这个过程中通过技术创新去推进,保证它本身安全和环境的安全是非常重要的,既是对当下负责,也是为全球的可持续发展贡献更多的中国智慧与中国方案。

文本来源:@科普中国的视频内容

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