為什麼回收鋰電池這麼難?科學家新突破:把電池「再充一次」,廢料秒變原料

本文經授權轉載自友站科技新報文/ 蘇 子芸  

隨著電動車與儲能系統快速擴張,鋰電池需求持續攀升,鋰已成為能源轉型不可或缺的關鍵材料。然而,鋰礦資源分布高度集中,供應容易受到地緣政治影響,使回收再利用逐漸被視為降低風險的重要解方。美國萊斯大學研究團隊近期在期刊《Joule》發表鋰電池回收新技術,為鋰回收產業帶來新的可能性。

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鋰電池為什麼這麼難回收?

鋰電池之所以難以回收,關鍵在於其內部由多種材料與化合物構成,包括正極材料(如磷酸鐵鋰、鎳錳鈷)、負極石墨、電解液,以及銅箔與鋁箔等金屬結構,彼此緊密結合,使材料分離相當困難。

現行回收流程主要分為火法冶金與濕法冶金兩大類。在一般回收廠中,報廢電池會先進行放電處理,再拆解並粉碎成粉狀顆粒,形成俗稱的「黑粉(black mass)」。

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火法冶金透過高溫熔煉方式回收金屬,流程相對成熟,但能耗高、碳排放大,且鋰在高溫下容易損失;濕法冶金則將黑粉溶解於強酸或有機溶液中,再逐步分離金屬,雖然回收率較高,但化學藥劑使用量大,廢水與廢液處理成本高,整體流程冗長,對環境亦造成負擔。

科學家:為什麼不把「充電」直接變成回收?

針對傳統回收流程的瓶頸,萊斯大學研究團隊提出一種全新的電化學回收思路。研究人員的出發點相當直觀:既然在替鋰電池充電時,鋰離子會從正極材料中被拉出,為何不直接利用這個反應來回收鋰?

在這項新方法中,黑粉中的正極材料被重新製成電極,並置入電化學反應器中通電,使鋰離子從正極中釋放出來,穿過陽離子交換膜進入水相,再透過水分解反應生成的氫氧根,直接轉化為氫氧化鋰(LiOH),全程不需高溫熔煉或強酸溶解。

回收電池更簡單、環保

研究團隊指出,這項電化學回收技術可穩定連續運作超過千小時,實驗中累計處理超過50克電池黑粉,產出的氫氧化鋰純度超過99%;整個流程僅需電力、水與電池廢料本身,大幅降低能源消耗與環境負擔。

由於氫氧化鋰正是電池製造常用的原料型態,這種「直接回到電池級材料」的回收方式,有望簡化回收後的再製流程,降低成本,同時提升鋰供應鏈的韌性。

隨著電動車與儲能市場持續成長,這類創新回收技術,正逐步成為鋰電池產業不可忽視的新關鍵。

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