电池电源回收“风暴”即将来袭

电池里的锂可能来自南美洲的盐滩，在那里，有一些世界上最干燥的地区，数月的蒸发消耗了数百万吨的水。电池中的钴可能来自刚果民主共和国，据说那里的儿童在从地上提取钴时被炸死或致残。收集各种原子并将它们组装成一个能正常工作的电池，可能需要来自十几个国家的数千人。然后，经过几年的使用，废弃的电池通常会被扔进垃圾填埋场和焚化炉。

随着锂离子电池从手持设备跃入汽车、卡车和家庭，企业家和学者们都在竞相寻找重复利用这些珍贵材料的方法。投资者将数百万美元的赌注押在了内华达州的Redwoorials公司上，该公司可以从电子垃圾中开采金属。

它的竞争对手Li-Cycle致力于解决电池运输的物流难题。其他一些公司正在开发一种技术，可以在不完全损坏电池的情况下使电池恢复活力。通过从各个方面解决这个问题，这些团队朝着一个目标工作：将耗尽的电池转化为有价值的资源。

Li-Cycle联合创始人兼执行董事长蒂姆•约翰斯顿（mJohnston）表示：“我们把所有的钱都花在制造电池，制造化学材料上，然后在循环的最后烧掉它们。这是不正确的。”。

业内人士对即将到来的电池“海啸”既兴奋又惶恐。据Li-Cycle的联合创始人兼总裁阿杰•科赫哈（AjayKochhar）称，全球目前已经丢弃了50多万吨锂电池，其中大部分是小型电子产品。

但随着世界向电力经济转型，预计到2030年，世界对锂离子电池的需求将增加10倍。锂离子电池的爆炸式增长大部分将由电动汽车推动，这些汽车携带的电池重量超过1000磅。“我们正处于冰山的一角。”科赫哈说。

科赫哈和其他人认为这个问题是一个机会，可以用一个更“可循环”的系统来取代现在脆弱且有问题的供应链，这个系统用上一代电池的材料来制造下一代电池。他们不会为了回收而回收。据StaTIsta估计，到2030年，仅锂离子电池回收市场的年价值就可能达到180亿美元，而2019年这一数字为15亿美元。

领先美国市场的一家初创企业是RedwoodMaterials公司，它是特斯拉联合创始人J.B.斯特劳贝尔（JBStraubel）的最新投资项目。

在担任特斯拉首席技术官的16年时间里，斯特劳贝尔意识到，在这些汽车的使用寿命结束后，他没有对这些汽车进行加工的计划。与手机不同的是，半吨重的汽车电池不能就这样放在垃圾抽屉里闲置着。大多数电动汽车目前都处于鼎盛时期，但在未来五年内，早期的电动汽车将开始大量淘汰，届时将掀起一场海啸。

自2017年成立以来，RedwoodMaterials一直在为第一波浪潮做准备。这家初创企业位于卡森市，目前有两家工厂处理附近特斯拉超级工厂生产的所有废料和缺陷电池。

特斯拉超级工厂由松下和特斯拉共同拥有。仅松下废品厂每年就提供约10亿瓦的材料，其他12家合作伙伴也提供类似的数额，总计相当于每年约2万吨材料。该公司最近还与零售巨头亚马逊合作，处理来自亚马逊的电池。

在对新到的电池进行分类后，RedwoodMaterials公司采用了专利工艺，包括燃烧电池，融化电池内的内容物，然后将其浸入液体中，浸出所需的元素（尽管具体的程序是根据电池类型量身定制的）。

该公司的一位发言人说，最终，这项技术可以回收电池中95%至98%的镍、钴、铝、石墨和80%以上的锂。这些材料大部分被卖回给松下，用于制造新的特斯拉电池。

“RedwoodMaterials已经组建了一个优秀的团队，与我们合作，处理广泛的废物流，并开发原材料，然后我们就可以在我们的电池制造过程中使用。”松下能源公司的电池技术副总裁赛琳娜•米克拉扎克（CelinaMikolajczak）说。

在摩羯座投资集团和突破性能源投资公司的4000万美元资助下，该公司目前正致力于提高卡森城工厂的产能。突破性能源投资公司是一家环境投资基金，亚马逊创始人杰夫•贝佐斯（JeffBezos）和微软联合创始人比尔•盖茨（BillGates）也在其中。

约翰斯顿和科赫哈以类似的方式创立了Li-Cycle，于2016年将其推出。在此之前他们在Hatch（一家专门从事电池化学品的全球工程公司）共事。他们围绕“中心和辐条”模式构建业务。

由于电池是火灾隐患，安全运输成本可能很高。为了降低距离，Li-Cycle打算在当地的“辐条”设备收集电池，将电池分成三部分：塑料外壳、混合金属（如箔）和活性材料，如电池核心处的钴和镍——一种被称为“黑色团块”的黑色粉尘。

Li-Cycle可以直接将这些材料出售，或者将黑色团块运送到一个“中心”工厂，然后将其浸泡在室温下的液体中。约翰斯顿说，这样可以以90%到95%的效率提取金属——甚至是锂，许多处理方式都很难有效地捕获锂。

该公司目前有两个“辐条”在运行，一个在加拿大安大略省，另一个在纽约罗彻斯特，每年可以分解总共1万吨的锂离子电池。Li-Cycle公司最近宣布，计划在罗彻斯特建立他们的第一个“中心”。

从2022年年底开始，该中心每年将能够将25000吨的团块（从65000吨电池中）分离成锂、钴、镍和其他元素。和RedwoodMaterials一样，该公司希望尽快扩张，目前已经筹集了约5000万美元的资金。

但展望未来，研究人员指出，清除电池的原子部分的长期利润可能非常微薄。电池的化学结构每年都在变化，例如，松下在2012年至2018年之间将特斯拉电池中的钴含量削减了60％。这些变化可能需要不断调整回收过程，同时也要使其利润降低（钴是最昂贵、最有价值的电池元件）。

一个更有效的方法可能是在更高的水平上回收电池，回收它们更大的分子结构，而不是原子。电池研究公司OnToTechnology的创始人、化学家史蒂夫•斯卢普（SteveSloop）把电池比作公寓楼。与其把它推倒换木头和砖，为什么不翻新呢？他说：“电池在制造上投入了大量的能源。我们正在努力节省这笔投资。”。

就锂离子电池而言，这意味着要更换锂，因为每次充电和放电时，都会有一小部分锂附着在电池的分子支架上。当电池中自由流动的锂耗尽时，电池就没电了。

去年9月，斯卢普发表了一个案例研究，描述了他的实验室如何自动拆卸并粉碎回收的苹果电池，将其活性材料浸泡在富含锂的浴液中，使其恢复到原始状态。最终的产品标志着第一个从工业原料中重新组装的全燃料电池。

OnToTechnology只是一个追求“直接回收”战略的组织。能源部资助了一家名为ReCell中心的研究联盟，该联盟也支持类似的项目。据领导这项工作的阿贡国家实验室的运输系统分析师琳达•盖恩斯（LindaGaines）说，该中心目前正在组织一场不同类型的“再锂化”的非正式竞赛，看哪一种效果最好。

“再锂化已经走过了很长的一段路，”她说，“这确实是我们可以考虑扩大规模的阶段。”。

扩大规模将是所有这些举措面临的主要挑战。在实验室中，将电池还原为原子，或者替换锂，相对容易一些。但如何收集、运输、分类、拆卸、处理和重新分配即将到来的数百万吨材料，却是个难题。

“这是一项即将上市的新技术。”伯明翰大学的材料科学家加文•哈珀（GavinHarper）说，他参与了英国电池回收项目ReLib。“我们还没有看到它将带来的问题、挑战和机遇。”。

在欧洲，对电动汽车电池合法的国际收集和回收解决方案的需求正在增加。现在，来自比利时、德国、意大利、荷兰和挪威的领先电池收集公司已经联合成立了ReneosSCE作为一个跨国网络。

ReneosSCE的创始企业包括比利时bebat，德国GRSBatterienServiceGmbH，意大利Cobat，挪威BatteriRetur和荷兰STIbat。通过他们新的欧洲平台，他们提供跨境收集、运输、储存、再利用、再处理或拆解电动汽车电池的回收，所有这些都符合各国的法律。

“回收、再利用或直接取走并送到客户选择的地点。所有这些机构都可以在所有欧洲国家收集电池，储存、拆卸它们，然后进行处理。为此目的，我们有自己的合作伙伴；但我们也可以与客户的首选合作伙伴合作。客户可以通过‘跟踪与轨迹’系统来密切跟踪一切。”Reneos首席执行官菲利普•塞力斯（PhilippeCelis）解释说。

这些合作伙伴从电动汽车、工业和私人使用的锂电池中收集锂电池。“有了Reneos，我们可以为我们的国际运营客户提供安全的解决方案，不仅在德国，而且在整个欧洲。我指的不只是法律安全，而是整个回收、运输和回收过程的安全。”。

Reneos的首席执行官塞力斯补充说：“通过汇集领先的专家，我们正在使欧洲成为电池回收中心，增强我们对亚洲和美国的竞争力。”从行业的角度来说，他说，该倡议吸引了大量的兴趣。

例如，2019年10月，Reneos接手了Zero摩托车的废旧电池收集和回收工作。该电动摩托车制造商在比荷卢、奥地利、捷克共和国、芬兰、法国、德国、爱尔兰、意大利、挪威、葡萄牙、西班牙、瑞典和英国都有授权经销商。Reneos在各个国家的合作伙伴可以根据各自的法律和安全法规，在这些国家对电池进行的收集、运输和加工。

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