电动汽车、电池和数百万吨的废料堆

如果说今天的电动汽车将留下堆积如山的锂离子电池废料，这是一种善意的说法。2017年，全球电动汽车销量首次超过每年100万辆，英国伯明翰大学研究人员的计算揭示了严峻的数字。到2027年，这些汽车最终进入垃圾场时，注定会留下约25万吨未处理的电池废料。这仅仅是个开始。

总部位于巴黎的国际能源机构的最新模型显示，到2030年，道路上的电动汽车数量将在1.25亿至2.2亿辆之间。考虑到这一点，到本世纪中叶，25万吨的废物数字与随后可能产生的数千万吨废物相比显得微不足道。更糟糕的是，回收利用正在迎头赶上。

目前，欧洲、美国和澳大利亚的锂离子电池回收率通常不到5%，原因很简单——这并不容易。每一个电动汽车(EV)电池都是丰富的异国材料的家，使铅酸或金属氢化物镍电池的回收看起来像在公园里散步。虽然有大规模的设施来回收锂离子电池的核心元素，但这一过程在现金和能源消耗方面消耗了地球。

然而，并非一切都失去了。越来越多的研究机构、初创企业和老牌公司正在推出从电动汽车电池中提取更多元素的新方法。与此同时，能源企业正在与汽车制造商合作，寻找重新使用老化锂离子电池的新方法。

我们需要尽快取得更多进展，但至少就目前而言，寻找锂离子电池回收问题解决方案的竞赛正在顺利进行。

解决方案:翻开旧叶子

并不是所有的电动汽车电池在汽车中使用完毕后都会被扔进垃圾堆。到最后，当锂离子电池无法再提供汽车所需的行驶里程和加速时，它的存储能力仍能维持80%。因此，这些废弃的电池组不会被扔进垃圾填埋场，而是被重新用于一系列耗电较少的应用。

一个典型的例子是日产Leaf电动汽车电池，它在日本汽车制造商日产和美国电源管理公司伊顿开发的家庭储能系统中获得了新的生命。xStorage Home系统于2016年推出，旨在为家庭节省电力和现金，是日产对特斯拉和梅赛德斯类似系统的回应，但附带的好处是使用旧电池或“二次使用”电池。

xStorage Home在一个锅炉大小的单元中，将12块过去最好的日产Leaf锂离子电池与电源逆变器和控制系统连接起来。一旦安装在家里，这个系统就会连接到公共电网，这样它就可以在电费更便宜的晚上充电。在白天能源更贵的时候，这些储存的电能就可以使用，甚至可以卖回给电网，为家庭省钱。

该存储系统还可以插入家庭自身的电源，比如风力涡轮机或太阳能电池板阵列。然后，它将储存白天产生的能量，并在晚上为电动汽车充电。

在过去的四年里，欧洲各地的家庭安装了数千套系统。例如，挪威的索尔旺住房协会依赖于三个存储系统，而大约20个系统分散在挪威沿海的罗加兰。其他有趣的例子包括日产所说的英国最偏远的音乐工作室，位于苏格兰斯托纳韦的黑湾，以及伦敦的环保独立电影院Lexi。

然而，迄今为止最壮观的xStorage装置可能位于荷兰最大的体育场——阿姆斯特丹的约翰·克鲁伊夫竞技场。在这里，安装了148个重新使用的和新的日产Leaf电池，为活动提供了强大的3MW不间断备份电源。

解决方案:加入网格

日产和伊顿并不是唯一使用二次寿命电动汽车电池为家庭和其他建筑建造存储系统的公司。早在2017年，总部位于英国的Powervault就与雷诺以及日产合作，在其储能单元中重新使用雷诺Zoe和日产Leaf电池。

三年后，这种冰箱大小的电池组——名为Powervault 3eco——在英国各地的数百个家庭和学校中推出。有关将这些电池组运往欧洲其他国家的谈判也在进行中。

与此同时，Powervault一直在与英国电力网络公司(UK Power Networks)试验其尖端电池技术。英国电力网络公司是一家覆盖英格兰南部和东部(包括伦敦)的配电网络运营商。在这里，家庭一直将能源储存在电池组中，网络运营商在需要时使用电池组来提高当地电网的灵活性，将能源需求从高峰时段转移，并减少对新变电站和电缆的需求。

在更远的地方，该公司还与日本JXTG Nippon Oil & Energy Corporation合作，研究其存储单元如何最好地平衡日本电网的峰值和低谷。

正如Powervault首席执行官乔·沃伦(Joe Warren)所说:“我们的愿景是，Powervault将像洗衣机或洗碗机一样普及，让零碳能源储存在家中，以备最需要时使用。”

与此同时，总部位于瑞典的Box of Energy公司在其储能系统中使用了从旧沃尔沃混合动力汽车中回收的电池模块，为家庭供电。

澳大利亚先进电池控制系统开发商reelectrify正在将大众汽车和日产汽车的废旧电池整合到其电池存储系统中。

就在今年，reelectrify推出了其超大尺寸的“BMS+逆变器”系统，目前已与日产北美公司和美国电力公司合作用于电网存储试点。该公司表示，这代表了一项工程突破，通过在电池组中协调大量单独的电池电压贡献，提供非常高效的电网兼容交流输出。

该公司还与新西兰的电力和天然气供应商Vector合作，将其系统连接到电网并为家庭供电。

解决方案:便捷能源

总部位于日本的丰田汽车也不落人后，在日本的7- 11便利店安装了使用过的普锐斯混合动力电池，以储存太阳能电池板产生的能量。这种能源被用来为商店里的饮料冰箱、炸鸡烤箱和香肠烤架提供动力。

这些电池和固定式燃料电池发电机一样，由建筑能源管理系统集中控制，以提高可再生能源和氢气发电的使用。小型燃料电池卡车也被用于向商店运送货物。

解决方案:从旧到新

在不断重复使用和回收电动汽车电池的努力中，日产与日本住友集团合作，于2018年在日本奈美建立了日本第一家锂离子电池重复使用和回收工厂。

该厂由日产和住友的合资企业4R Energy运营，正在从日产Leaf电动汽车电池中移除电池模块，这些电池的能量容量正在下降。这些电池被重新组装，形成新的电池组。

最重要的是，4R能源公司开发了一种系统，可以快速测量旧电池的性能，并在浪江工厂进行测试。

该工厂每年可加工2000多块电池，性能最好的电池模块用于替换Leaf电池。

与此同时，较小的模块将被重新组装，用于电动叉车、高尔夫球车和路灯的电池。

解决方案:为黑暗时代带来光明

浪江是日产锂离子电池再利用和回收工厂的所在地。2011年，毁灭性的地震和海啸导致约5公里外的福岛第一核电站熔毁后，这个日本小镇被遗弃。

居民于2017年返回，鉴于此，日产一直在与4R能源公司合作，开发一种无需主电网供电的新型户外LED灯。目前在日产的再利用和回收工厂处理的Leaf电池在这里被证明是有用的。

“重生之光”项目旨在为公共照明提供一个新的室外路灯，使用太阳能电池板为其底座内的Leaf电池充电。电池可以在晚上为灯供电。

正如日产所说:“即使电池不再为汽车提供动力，它们也可以重生，继续为人类服务。”

解决方案:最先进的回收利用

给旧电池注入新生命并不总是足够的。锂离子电池由锂、钴、镍和其他必须开采和提取的稀有金属制成，这给全球这些元素的供应带来了压力。回收电池以提取这些珍贵的材料进行再利用显然至关重要，但并不容易。

虽然许多大型火法冶金或冶炼工厂可以从锂离子电池中回收钴、镍和铜，但该过程成本高昂、能源密集型，而且无法提取其他重要材料。

然而，现在已经出现了一些最先进的工厂，用更环保的工艺来解决这个问题。例如，电子垃圾回收公司TES已经在新加坡和法国开设了两个新的电池回收设施，使用机械和湿法冶金方法回收元素。

每个工厂都使用自动打孔机和粉碎机将电池在溶液中分解成细小物质。一旦干燥，磁选机可以回收铜和铝。采用化学处理工艺回收钴和锂。最重要的是，这一过程不会向大气中释放重金属或挥发性有机化合物。

德国初创企业杜森菲尔德(Duesenfeld)采用了类似的方法，在惰性氮气下撕碎电池，将易燃的电解液泵出、蒸发和浓缩。然后由操作员根据尺寸、重量、磁性和导电性将干燥的材料分离。在此过程中，钴、铜、镍、锂、锰、铝、石墨，当然还有电解液被回收。

其他关键的加工设施包括芬兰的Akkuser、美国的American Manganese and Battery Resourcers、加拿大的Li-Cycle以及总部位于加拿大和美国的retriv。至关重要的是，在这些设施中回收可以减少二氧化碳排放，并且可以比传统工艺回收更多的材料。

例如，杜森菲尔德声称，与更传统的工艺相比，他们的工艺每回收一吨电池可节省4.8吨二氧化碳，回收91%的电池材料，而火冶工艺仅回收32%。

解决方案:未来的希望

全球范围内也正在进行一系列研究项目，以提高锂离子电动汽车电池回收过程的效率和降低成本。

2019年初，美国能源部推出了550万美元的锂离子电池回收奖，并向位于伊利诺伊州阿贡国家实验室的一个新的锂离子电池回收中心ReCell投资了1500万美元。

通过这些项目，美国各地的研究人员正在开发自动化的电池分类方法，设计可拆卸的电池，并发明回收阴极内所有金属的新工艺。

例如，由大学和三个国家实验室合作的ReCell中心正在开发恢复寿命结束的缺锂阴极的锂含量的方法，这样它们就可以直接重新用于新电池，而无需在加工过程中使用酸或熔炉。

与此同时，入围锂离子回收奖(Lithium-Ion Recycling Prize)的美国汽车电池回收企业Clarios希望建立锂离子电池的储存地点，然后开发提取新电池生产关键材料的技术。

在英国，法拉第研究所(Faraday Institution)正在资助ReLiB项目，该项目正在寻找开发强大的技术、经济和法律基础设施的最佳途径，以回收接近100%的锂离子汽车电池材料。

例如，研究人员正在使用机器人技术安全地拆卸电池，以回收锂、钴等。

作为这项研究的一部分，纽卡斯尔大学的保罗·克里斯滕森教授正在与英国消防和救援服务部门合作，制定处理锂离子电池火灾的协议。他说:“这些电池仍然含有大量的能量，目前我们对如何在电池寿命结束时处理它们还相对没有准备。”“随着二次生命电动汽车电池变得越来越普遍，(我们有)公共安全问题需要解决，因此我们需要研究电池的生命周期，从从地下挖出材料到最后再次处理它们。”

其他关键的回收项目正在澳大利亚的CSIRO进行，以及欧盟支持的relief、Lithorec和AMPLiFII在欧洲各地进行。