如果我們使電池更便宜更容易回收就可以避免廢物浪費危機

隨著人們對氣候變化影響的關注日益增加，許多專家呼吁呼吁更多地使用電力替代化石燃料。在電池技術進步的推動下，美國道路上的插電式混合動力和電動汽車數量正在增加。在大型電池存儲系統的支持下，公用事業部門正在利用可再生燃料發電，所占份額越來越大。

這些趨勢，再加上電池供電的電話，手表，筆記本電腦，可穿戴設備和其他消費技術的不斷增長，使我們感到奇怪：所有這些電池一旦耗盡，將會發生什么?

盡管人們對廉價，功能強大和能量密集型電池充滿了熱情，但制造商卻很少關注使這些基本設備更具可持續性。在美國，實際上只有約5%的鋰離子電池(電動汽車和許多高科技產品選擇的技術)被回收。隨著電動汽車和科技產品的銷售持續增長，目前尚不清楚誰應該處理有害的電池廢液或如何處理。

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作為致力于設計高級材料(包括電池)的工程師，我們認為現在考慮這些問題很重要。為電池制造商創造途徑，以建立符合消費者和環境標準的可持續生產到回收的制造流程，可以減少未來十年電池浪費危機的可能性。

危險內容

與金屬，塑料和紙制品相比，電池構成了更復雜的回收和處置挑戰，因為電池包含許多有毒且難以分離的化學成分。

某些類型的廣泛使用的電池-尤其是汽油動力汽車中的鉛酸電池-具有相對簡單的化學結構和設計，可直接回收利用。可以將手電筒和煙霧報警器等動力設備常用的不可充電堿性或水基電池直接放置在垃圾填埋場中。

但是，當今的鋰離子電池非常先進，并且并非為回收利用而設計的。它們包含有害的化學物質，例如有毒的鋰鹽和過渡金屬，會破壞環境并浸入水源。廢舊鋰電池還包含嵌入的電化學能，即不再能為設備供電后留下的少量電荷，這可能會引起火災或爆炸，或傷害使用它們的人員。

而且，制造商幾乎沒有經濟動力來修改現有協議以納入可回收利用的設計。如今，回收鋰離子電池的成本超過其內部可回收材料的價值。

結果，處理電池廢料的責任常常落在第三方回收商那里，這些公司從收集和處理可回收資源中獲利。通常，與處理和回收電池相比，存儲電池便宜。

諸如火法冶金或燃燒，濕法冶金或酸浸等可破壞電池的回收技術正變得越來越有效和經濟。但是缺乏適當的電池回收基礎設施會在整個供應鏈中造成障礙。

例如，將用過的電池長距離運輸到回收中心通常是用卡車完成的。鋰電池必須根據美國運輸部的9類危險材料規定進行包裝和運輸。使用由阿貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)開發的模型，我們估計此要求將運輸成本增加到常規貨物的50倍以上。

更安全更簡單

雖然要在現有的常規鋰離子電池制造中提高可回收性將是一個挑戰，但至關重要的是開發固態電池的可持續實踐，這是有望在本十年內進入市場的下一代技術。

固態電池用不可燃的無機固體電解質代替鋰離子電池中的可燃有機液體電解質。這使電池可以在更寬的溫度范圍內運行，并大大降低了著火或爆炸的風險。我們的納米工程師團隊致力于將可回收性的便利性納入這些電池進入市場之前的下一代固態電池開發。

從概念上講，可回收利用的電池必須安全搬運和運輸，易于拆卸，制造具有成本效益并且對環境的危害最小。在分析了選項之后，我們在滿足這些要求的下一代全固態電池中選擇了特定的化學組合。

我們的設計策略減少了拆卸電池所需的步驟，并避免使用燃燒或有害化學物質(例如酸或有毒的有機溶劑)。相反，它僅使用安全，低成本的材料，例如酒精和水基回收技術。這種方法是可擴展的并且對環境友好。它極大地簡化了傳統的電池回收過程，并使其可以安全拆卸和處理材料。