時光倒回10年前，在廣州郊區某處廢車場，一臺巨大的鉤機車緩緩升起一個巨大的鐵塊，它的下面是一輛已經跑了三十萬公里的大眾桑塔納。伴隨一聲巨大的響聲，鐵塊落下，桑塔納被完全壓扁，結束了它的一生。


但是如果正常保養和正常駕駛，這輛大眾桑塔納，還是可以健健康康在馬路上跑幾年幾十萬公里的。但是在中國，因為種種機動車政策，它達不到要求，所以只能報廢。

汽車誕生100多年，每一輛出廠的汽車幾乎都是各種金屬加沙發。想要結束它們的生命，只需要狠狠壓扁它們變回了原來金屬的樣子。不過未來的汽車可能無需執行這種殘酷的死刑，因為它們的內核是電池，不能像汽車那邊隨便壓扁處理即可。隨著全世界電動車高速增長，一個巨大的挑戰迫在眉睫：所有舊鋰電池如何處理？

電動汽車安靜地嗡嗡聲逐漸取代內燃機的轟鳴的聲音和排出有毒煙霧，我們熟悉的世界將發生一些變化。加油站的強烈氣味將消失在無味的充電站中，汽車就像我們的手機一樣，可以根據需要重新給電池充電。與此同時，遍布地平線的燃氣發電站可能會被改裝成容納大量電池，有朝一日可以用可再生能源為整個城市供電。

這個電氣化的未來比你想象的要近得多。通用汽車今年早些時候宣布，它計劃到 2035 年停止銷售汽油動力汽車。奧迪的目標是到2033年停止生產它們，許多其他主要汽車公司也紛紛效仿。事實上，據報道，到2040年，全球三分之二的乘用新車銷量將是電動的。由于電池存儲技術的進步，世界各地的電網規模系統正在迅速增長。

雖然這聽起來像是實現可持續電力和公路旅行的理想途徑，但存在一個大問題。目前，鋰（Li）離子電池通常用于電動汽車和用于存儲可再生能源的大型電池，而鋰電池難以回收利用。

正如預計的那樣，隨著對電動汽車的需求不斷增加，回收更多電動汽車的動力將在電池和汽車行業中迅速蔓延

一個原因是，最廣泛使用的回收更傳統電池（如鉛酸電池）的方法不適用于鋰電池。后者通常更大、更重、更復雜，如果拆開錯誤甚至會很危險。

在普通電池回收廠中，電池部件被粉碎成粉末，然后將粉末熔化（火法冶金）或溶解在酸中（濕法冶金）。但是鋰電池由許多不同的部件組成，如果不小心拆卸，它們可能會爆炸。即使鋰電池以這種方式分解，產品也不容易重復使用。

萊斯特大學物理化學家安德魯·阿博特 (Andrew Abbott) 說：“目前簡單地切碎所有東西并試圖純化復雜混合物的方法會導致生產成本低、產品價值低。” 因此，回收它們比開采更多鋰以制造新鋰的成本更高。此外，由于大規模、廉價的鋰電池回收方法落后，全球只有約 5%的鋰電池被回收，這意味著大多數只是浪費。

但隨著對電動汽車的需求增加，正如預計的那樣，回收更多電動汽車的動力將在電池和汽車行業中迅速蔓延。

目前鋰電池回收的缺點并不是它們造成環境壓力的唯一原因。開采鋰電池所需的各種金屬需要大量資源。開采一噸鋰需要500,000 加侖（2,273,000 升）的水。在智利的阿塔卡馬鹽灘，鋰礦開采與國家保護區的植被減少、白天溫度升高和干旱狀況加劇有關。因此，即使電動汽車在其整個生命周期內可能有助于減少二氧化碳 (CO2) 排放，但為其提供動力的電池在其生命周期之初會產生大量的環境足跡。

然而，如果能更有效地回收使用大約10年左右后將耗盡的數百萬個鋰電池，它將有助于抵消所有能量消耗。幾個實驗室一直致力于改進更有效的回收方法，以便最終以標準化、環保的方式回收鋰電池，以滿足飆升的需求。

“我們必須想辦法讓它進入我們所說的循環生命周期，因為鋰、鈷和鎳需要大量電力和大量努力才能開采和提煉并制成電池。我們再也不能將電池視為一次性電池，”加州大學圣地亞哥分校能源技術教授 Shirley Meng 說。

電池單元具有金屬陰極，或正電極，所述電化學反應期間收集電子，由鋰和元素，通常包括鈷，鎳，錳和鐵的一些混合使用。它還具有陽極，或將電子釋放到外部電路的電極，由石墨、隔膜和某種電解質制成，電解質是在陰極和陽極之間傳輸電子的介質。從陽極移動到陰極的鋰離子形成電流。陰極中的金屬是電池中最有價值的部分，化學家在拆解鋰電池時重點關注的就是這些部分的保護和翻新。

孟說，把鋰電池想象成一個有很多層的書架，鋰離子迅速穿過每個架子，每次都循環回到最上面的架子——這個過程叫做嵌入。年復一年，書架自然開始倒塌塌陷。因此，當像孟這樣的化學家拆解鋰電池時，他們看到的是結構和材料的退化。

改善鋰電池回收并最終使其部件可重復使用，將為現有的鋰電池重新注入價值。這就是為什么科學家們提倡孟描述的直接回收過程——因為它可以讓鋰電池最寶貴的部分，如正極和負極，獲得第二次生命。這可以顯著抵消與制造它們相關的能源、浪費和成本。

但目前拆卸鋰電池主要是在實驗室環境中手工完成，如果直接回收要與更傳統的回收方法競爭，就需要改變這種方式。“在未來，拆卸方面需要更多的技術，”雅培說。“如果電池是用機器人組裝的，那么它需要以同樣的方式拆卸也是合乎邏輯的。”

根據雅培團隊的研究，這種超聲波回收方法在同一時期內可以處理比更傳統的濕法冶金方法多100 倍的材料。他說，用原始材料制造新電池的成本還不到一半。

Abbott 認為，該過程可以輕松應用于規模化，并用于更大的基于電網的電池，因為它們通常具有相同的電池單元結構，只是包含更多的電池單元。然而，該團隊目前僅將其應用于生產廢料，零件更容易從中分離，因為它們已經沒有外殼。不過，該團隊的機器人拆卸測試正在加速進行。“我們有一個演示裝置，目前可以在整個電極上工作，我們希望在接下來的 18 個月內能夠展示在生產設施中工作的自動化過程，”雅培說。

一些科學家主張放棄鋰電池，轉而采用可以以更環保的方式生產和分解的鋰電池。德克薩斯 A&M 大學化學工程教授 Jodie Lutkenhaus 一直在研究一種由有機物質制成的電池，可以根據指令降解。

“由于相關的能源和勞動力成本，今天的許多電池都沒有回收利用，”Lutkenhaus 說。“根據指令降解的電池可能會簡化或降低回收的障礙。最終，這些降解產物可以重新組成新電池，從而關閉材料生命周期循環。”

考慮到即使將鋰電池拆解并翻新零件，仍有一些零件無法保存并成為廢物，這是一個合理的論點。像Lutkenhaus 團隊正在研究的可降解的電池可能是一種更可持續的電源。

有機自由基電池 (ORB)自 2000 年代以來一直存在，并在合成以儲存和釋放電子的有機材料的幫助下發揮作用。Lutkenhause 解釋說：“有機自由基電池有兩種 [材料]，它們都充當電極，它們協同工作以儲存和釋放電子或能量。”

該團隊使用酸將他們的 ORB 分解成氨基酸和其他副產品，但是，條件需要恰到好處才能使部件正確降解。“最終我們發現酸在高溫下起作用，”Lutkenhause 說。


不過，這種可降解電池面臨著許多挑戰。制造它所需的材料非常昂貴，而且它還無法提供電動汽車和電網等高需求應用所需的電力。但也許像 Lutkenhause 面臨的最大挑戰是與已經成熟的鋰電池競爭。

“我們真的鼓勵所有電池制造商對所有電池進行編碼，以便通過機器人人工智能技術，我們可以輕松地對電池進行分類，”孟說。“整個領域都需要相互合作才能實現這一目標。”

鋰電池用于為許多不同的設備供電，從筆記本電腦到汽車再到電網，其化學成分因用途而異，有時差異很大。這應該反映在它們的回收方式上。科學家表示，電池回收廠必須將各種鋰電池分成不同的流程，類似于回收時對不同類型的塑料進行分類，以使該過程最有效。

盡管他們面臨著一場艱苦的戰斗，但更可持續的電池正在緩慢但肯定地出現。“我們已經看到一些設計進入市場，使組裝和拆卸更容易，這很可能成為未來電池開發的一個重要話題，”雅培說。

在生產方面，電池和汽車制造商正在努力減少制造鋰電池所需的材料，以幫助減少采礦期間的能源消耗以及每個電池在使用壽命結束時產生的廢物。

電動汽車制造商也開始以多種不同的方式重復使用和重新利用自己的電池。例如，日產正在翻新舊的 Leaf 汽車電池，并將它們放入自動引導車輛，將零件運送到其工廠。

電動汽車市場需求的穩步增長已經讓汽車行業的公司花費數十億美元來提高鋰電池的可持續性。然而，中國目前是迄今為止最大的鋰電池生產國，隨后在回收利用方面遙遙領先。

廣泛采用標準化方法回收鋰電池，包括對不同類型的流進行分類，將使它們更近一步。同時，利用人工智能技術翻新陰極等最有用的部件，可以幫助鋰電池組件供應量較少的國家不必過分依賴中國。

開發可能與鋰電池相媲美的新電池也可能會通過創造一些良性競爭來撼動該行業。“我確實認為，如果我們使電池存儲的產品組合多樣化，特別是電網存儲的產品組合，它會讓世界變得更好，”孟說。

一種更簡單、更安全、制造成本更低、壽命結束時更容易分離的電池的出現是當前電動汽車可持續性問題的最終答案。但在這樣的電池出現之前，規范鋰電池回收是朝著正確方向邁出的重要一步。

大約在 2025 年，當數以百萬計的電動汽車電池達到其初始生命周期的終點時，簡化地回收過程對世界各地的經濟體將更具吸引力。因此，當電動汽車成為主要的交通工具時，它們的電池很有可能會為第二次生命做準備。