文|史说百家

编辑|史说百家

随着全球对储能需求的增加，废弃电池的数量也在增加，虽然旧电池可能被视为废物，但如果管理得当，它们会带来巨大的好处，回收和再利用旧电池可以节约资源，减少对环境的影响，并节约成本。

在我们的现代世界中，电池无处不在，从我们的智能手机和笔记本电脑到电动汽车和可再生能源存储系统，电池为一切提供动力，理解电池的工作原理对于理解驱动我们日常依赖的设备和创新的底层技术至关重要，它的工作原理是什么？

电池的概念可以追溯到18世纪晚期，亚历山德罗·伏打和路易吉·加尔瓦尼等先驱做出了重大贡献，1800年，亚历山德罗·伏打开发了第一个真正的电池，被称为“伏打电池”它由浸在盐水中的纸板隔开的锌和铜圆盘交替层组成。

伏打电池展示了化学反应产生电势的原理，为现代电池技术奠定了基础，继Volta的工作之后，科学家和发明家尝试了各种材料和配置，以创造更有效和实用的电池。

丹尼尔电池、格罗夫电池和莱克兰谢电池是19世纪电池技术的早期发展，电池基于基本的电化学原理工作，包括两个关键过程:氧化和还原。

氧化还原反应涉及化学物种之间的电子转移，氧化是失去电子，还原是获得电子，电池由两个电极组成，一个阳极和一个阴极，氧化还原反应在这里发生。

电解质，通常是离子导体，促进电极之间的离子移动，完成电路，一次电池(不可充电)和二次电池(可充电)，原电池设计为一次性使用，不能充电，它们将化学能转化为电能，直到反应物耗尽，之后电池被丢弃，常见的例子有碱性电池和锌碳电池。

二次电池可以通过施加外部电流逆转电化学反应来充电，这一过程允许电池重复使用多次，常见的例子包括铅酸电池、锂离子电池和镍氢电池。

铅酸电池是最古老和最广泛使用的二次电池类型之一，通常用于汽车应用，铅酸电池由作为正极(阴极)的二氧化铅(PbO2)、作为负极(阳极)的海绵铅(Pb)和硫酸(H2SO4)电解液组成。

在充电过程中，电流通过电池，引起化学反应，将二氧化铅和海绵铅转化为硫酸铅(PbSO4)和水(H2O)，在放电过程中，反应发生逆转，将硫酸铅转化回二氧化铅和海绵铅。

铅酸电池通常用于车辆、不间断电源(UPS)系统和固定储能应用，锂离子电池重量轻，能量密度高，因此在便携式电子设备和电动汽车中很受欢迎。

锂离子电池由锂钴氧化物(LiCoO2)正极、石墨负极和锂盐电解质组成，例如溶解在有机溶剂中的六氟磷酸锂(LiPF6)，在充电过程中，锂离子从正极移动到负极，嵌入石墨结构中，在放电过程中，锂离子移回正极，释放电能。

锂离子电池通常用于智能手机、笔记本电脑、电动汽车和可再生能源存储系统，镍氢电池在锂离子电池的能量密度和铅酸电池的可负担性之间提供了平衡。

镍氢电池由氢氧化镍(Ni(OH)2)制成的正极、含有金属氢化物合金的负极和氢氧化钾(KOH)电解液组成，在充电过程中，氢离子(质子)从金属氢化物中释放出来，氢氧化镍被还原成羟基氧化镍(NiOOH)，在放电过程中，反应发生逆转，产生电能。

镍氢电池通常用于无线电动工具、数码相机和混合动力电动汽车，随着对储能解决方案需求的增加，研究人员正在探索先进的电池技术，以提高性能和解决环境问题。

固态电池使用固体电解质而不是液体电解质，提供更高的能量密度和安全优势，锂硫电池具有更高的能量密度潜力，因为它的硫阴极重量轻，然而，必须解决与多硫化锂的形成相关的挑战。

液流电池使用储存在外部储罐中的液体电解质，能够快速充放电，适用于大规模储能应用，由于钠资源丰富且成本较低，正在研究将钠离子电池作为锂离子电池的替代品。

BMS监控电池的充电状态、温度和电压，它还能确保单个电池的均衡充电和放电，防止电池过度充电和过度放电，BMS通过防止热失控和短路等危险情况，在确保电池安全方面发挥着重要作用。

随着电池使用量的持续增长，正确的处置和回收对于最大限度地减少对环境的影响变得至关重要，一些电池化学物质含有有害物质，如重金属，如果处置不当，可能会造成伤害。

电池回收对于回收有价值的材料和防止环境污染至关重要，回收流程因电池类型和化学成分而异，电池是驱动我们现代技术世界的动力，使便携式设备、电动汽车和可再生能源存储系统成为可能。

理解电池的工作原理包括掌握电化学的基本原理和电池组件内发生的氧化还原反应，从Alessandro Volta的早期发明到尖端的锂离子和固态电池，电池的历史演变一直以创新和不断改进为标志。

随着技术的进步，对先进电池技术和电池管理系统的研究为更高效、可持续和高性能的储能解决方案铺平了道路，解决环境问题和实施适当的电池回收做法是利用电池潜力的重要步骤。

同时最大限度地减少电池对环境的影响，随着我们不断探索能量存储的新领域，电池仍然处于为我们不断发展的世界供电的最前沿。

旧电池包含有价值的有限资源，可通过回收过程回收，妥善管理旧电池可以减少对新原材料的需求，有助于节约资源，电池，尤其是用于电子设备和电动汽车的电池，通常含有稀土金属，如锂、钴和镍。

这些金属对于各种高科技应用是必不可少的，并且是自然界中的稀缺资源，回收旧电池可以回收这些有价值的金属，减少对新采矿活动的需求。

电子设备的使用越来越多，导致电子垃圾激增，旧电池是这种废物流的重要组成部分，旧电池的适当回收可以转移垃圾填埋场和焚烧炉中的电子垃圾，减少不适当处置对环境的影响。

将旧电池丢弃在垃圾填埋场或焚烧会导致环境污染，因为电池通常含有有害化学物质，通过回收利用对旧电池进行适当管理，可显著降低其对环境的影响。

许多旧电池，如铅酸电池，含有铅、汞和镉等有毒化学物质，如果处置不当，这些化学物质会渗入土壤和水中，给人类和野生动物带来严重的健康风险，回收防止有害物质释放到环境中。

焚烧电池会释放温室气体和其他有害污染物，回收旧电池比生产新电池需要更少的能源，从而减少温室气体排放，回收旧电池不仅可以节约资源，还可以节约能源和成本，是一种经济可行的可持续解决方案。

回收旧电池比开采和提炼新电池的原材料消耗更少的能源，回收过程中的节能有助于提高整体能效，从旧电池中回收有价值的金属降低了生产新电池的成本，使消费者和企业更能负担得起。

在循环经济框架下管理旧电池可促进可持续的做法，即尽可能长时间地使用资源，并最大限度地减少废物的产生，在循环经济中，旧电池被视为有价值的资源，而不是废物。

电池的回收和再利用创造了一个闭环系统，在这个系统中，材料被不断回收并重新引入生产循环，回收和翻新旧电池可延长其寿命，减少生产新电池的需求和相关的环境影响。

随着世界转向可再生能源，旧电池可以在清洁能源技术的采用中发挥关键作用，太阳能和风能等可再生能源是间歇性的，这会给电网稳定性带来挑战。

能量储存系统，如电池，有助于在高峰生产期间储存多余的能量，供低发电量期间使用，重复使用旧电池作为储能解决方案可以促进可再生能源融入电网。

不再满足高性能应用要求的旧电池可以在要求较低的角色中找到第二次生命，例如家庭和企业的固定储能，旧电池的再利用减少了对新电池生产的需求，并简化了向可再生能源的过渡。

创造就业和经济机会旧电池的回收和再利用为绿色经济部门提供了经济机会和创造就业的潜力，随着电池回收需求的增长，回收行业对熟练工人的需求也在增长，电池回收设施创造就业机会，为当地经济做出贡献。

先进回收技术的开发和旧电池的二次生命应用促进了创新，并为企业和企业家带来了经济机会，妥善管理旧电池不仅是一种道德选择，也是许多司法管辖区的法律要求。

许多国家都制定了收集、回收和处置电池的法规，以最大限度地减少环境污染并促进负责任的废物管理，企业和行业有责任遵守环境法规，促进可持续发展，包括回收和负责任地处置旧电池。

旧电池的好处可以通过公众意识和教育计划进一步扩大，教育消费者回收旧电池的重要性，使他们能够做出负责任的选择，并为可持续发展做出贡献。

提高对旧电池环境影响的认识，鼓励个人和社区参与回收计划，支持可持续发展，曾经被认为是废物的旧电池，如果得到负责任的管理，可以带来无数的好处。

回收和再利用旧电池有助于节约资源，减少环境影响，并支持向可再生能源的过渡，从保护稀土金属到促进循环经济和创造经济机会，旧电池的好处远远超出了它们最初的用途。

当我们为更可持续的未来而努力时，发掘旧电池的潜力并投资于回收和二次生命应用是实现更绿色、更高效能源前景的关键步骤，通过公众意识、教育和负责任的废物管理实践，我们可以利用旧电池的真正优势，为一个更加可持续和环保的世界铺平道路。

参考文献

【1】《电动自行车、汽车、摩托车蓄电池养护与故障排除问答》华道生中国电力出版社2009年1月1日

【2】《一步到位精修电动车蓄电池》刘遂俊机械工业出版社出版2016年9月

【3】《实用电动自行车蓄电池原理与修复技术》机械工业出版社2008年9月1日