特斯拉Model S的電池組，可謂是一項複雜的工程：上千個圓柱形的電池單元與其他部件一起，一遍又一遍地把鋰離子和電子轉化為可以推動汽車行駛數百公里的能量，還不會排放尾氣。但是，當電池的壽命耗盡時，它就不再對環境友好了。
如果電池被埋在土裡的話，其中的電池單元會釋放出包括重金屬在內的有毒物質。萊斯特大學的材料科學家達娜·湯普森（Dana Thompson）也警告稱，回收電池是一項極其危險的工作。
在處理特斯拉的電池時切的太深、切錯地方都有可能導致電池短路，燃燒，甚至會釋放出有毒的煙霧。
而這只是包括湯普森在內的眾多研究者，所面臨的許多問題中的一個。他們正在嘗試解決一個迫在眉睫的問題：接下來幾十年，製造商們正準備製作數百萬塊電動汽車的電池，要如何來回收這些電池？
湯普森現在正在英國的法拉第研究所擔當研究員，這家研究所致力於解決電池問題，她說，現在的電池「在設計之初就沒有考慮過如何回收的問題」。
在電動汽車數量很少的時候，這並不會引發問題，但是隨著科技的進步，數家企業已經公開表示，將在幾十年內逐漸停產燃油車型。
有些業內分析師表示，到2030年時，電動汽車全世界的保有量將會達到1.45億輛，2020年這個數字只是1100萬輛。「人們已經逐漸意識到這會引發的問題了。」湯普森說道。
政府們正在緩慢地推進回收電池的腳步。在2018年，中國發布新規定，旨在提高電池零部件的重新利用率。歐盟有望在今年年底出臺他們的第一項指令。在美國，聯邦政府已經推出了回收電池的法規，但是包括全美最大的汽車市場加州在內的數個州政府正準備建立本州的相關法規。
嚴格按照這些法規執行並不是一件容易的事情：從化學物質到結構，每款電池都是不同的，這就導致我們難以建立有效的電池回收系統。電池單元通常也由強力膠水固定在一起，不容易拆開。並且在回收電池中還有一個經濟障礙：對於車企來說，使用回收的金屬比直接購買新的要花更多的錢。
（材料學家達娜湯普森正在開發可以從廢舊電池上提取金屬的溶劑）
研究者們提到，更高效的回收方法不僅會防止汙染，還可以提高電池中關鍵金屬的供應量，幫助政府在發展經濟、保障國家安全，因為這些關鍵金屬的產出正在被極少數國家壟斷著。
「一方面，將拋棄掉廢舊電池是一種很浪費的處理方法。另一方面，這也是一個好機會，使得我們可以建立可持續發展的、生產關鍵金屬的次級流水線。」伯明翰大學研究電動汽車政策的蓋文哈勃（Gavin Harper）說到。
為了啟動電池迴圈專案，政府和企業正在對陣列研究投資。美國能源部門（DOE）已經對ReCell中心投資了大約1.5億美元來資助其研究，其研究人員來自大學、企業以及政府研究室。
英國也在支援ReLiB專案，這個專案有多家企業共同參與研究。隨著電動汽車產業逐步發展，對於回收電池的研究進展也變得日益迫切，在美國能源部阿貢國家實驗室研究電池回收的琳達蓋恩斯（Linda Gaines）說到，「對於這件事情我們越早有進展就越好。」
電動汽車電池的結構有一些像套娃，通常來說，在一個電池組上會有幾個小模組，每一個模組又是由數量眾多的小電池單元構成。在每個電池單元內，鋰離子穿過石墨陽極與金屬氧化物陰極之間的電解質。電池的分類通常是依靠陰極金屬，主要有三種類別：鎳-鈷-鋁；磷酸鐵；鎳-錳-鈷。
現在，回收的主要目標是陰極中的金屬，像鈷或者鎳，這些金屬的價格比較高，而鋰和石墨的經濟效益太低了。但是由於這些金屬的量太少了，回收它們就像大海撈針。
新型的消費電池
科學家們正在進行實驗，以保證現在售賣的電池在2030年後是可以進行回收的。在那個時候，每天都會有數千塊電池使用壽命到頭。雖然電池的設計並不盡相同，但是其中的基礎元件是大致一樣的。
回收這些微量的金屬，主要依靠兩種技術：火法冶金和溼法冶金。最常用到的是火法冶金，工人先使用物理方法拆除電池單元然後燒掉他們，然後留下一堆燒焦的塑膠、金屬、膠水。在這時，分離金屬的方法就有很多了，包括讓這堆廢料進一步燃燒。
「火法冶金本質上就是把電池當作礦石。」蓋恩斯說道。溼法冶金則正相反，電池會被泡在一池酸液中，變成一鍋金屬湯。有時可以把兩種方法結合起來使用。
這兩種方法各有優缺。比如說火法冶金，使用這種方法並不需要工人們對電池的設計或者是結構有任何瞭解，甚至不用管電池是不是完全放電狀態，但是這種方法會消耗掉很多的能源。
溼法冶金可以得到無法輕易透過灼燒分離的金屬，但是過程中會涉及到危害健康的化學藥劑。並且從金屬湯中回收這些金屬也是一個問題，雖然現在研究者們正在研究針對單一金屬的溶解劑。例如湯普森已經確定了一種潛在解決方案：名叫深共晶溶劑的酸和鹼基的混合藥劑，它可以溶解除了鎳之外的所有金屬。
研究發現，這兩種方法都會產生大量的廢物並排放溫室氣體。而且這樣的商業模式也並不穩定：大多數公司靠售賣回收的鈷來維持營業，但是電池生產商們正在尋找可以替代這種昂貴金屬的新材料。這樣下去，電池回收商們將會售賣成堆的「垃圾」，普渡大學的材料科學家麗貝卡西茲（RebeccaCiez）這樣說道。
回收流程
火法冶金會把電池燒成渣滓，溼法冶金會把電池溶解在酸中。這兩種方法都是為了提取陰極金屬。最理想的方法就是直接回收，這樣可以使陰極金屬保持結構。但是對於回收來說，商業化最重要的條件就是成本低於直接開採。
直接回收是最理想的方法，這樣可以保持陰極金屬混合物的完整。這對電池生產商來說十分具有吸引力，因為回收回來的陰極不用再進行深度加工，蓋恩斯提到，雖然商家們還是需要新增少量的鋰來使陰極恢復活性。「所以如果你要考慮經濟性的話，直接回收相比火法冶金或者溼法冶金都是更划算的方法。」
在進行直接回收的時候，工人首先需要拆下電池單元並抽走電解液。之後他們會使用溶劑或者加熱的方法來移除膠水，接著他們會使用浮選技術來分離陽極和陰極材料。到了這個時候，陰極材料就會變成爽身粉一樣的狀態。
到目前為止，直接回收技術只進行過單一電池單元的實驗，並且最多隻能回收10克的陰極粉末。但是美國再生能源實驗室的研究者們已經建立了經濟模型，證明未來在能夠商業化的情況下，這種方法是完全可行的。
為了能夠使用直接回收技術，電池生產商、回收商、研究人員還需要解決幾個問題。首先就是對製造的電池貼上標籤，這樣回收商們就可以知道自己正在處理的是哪種電池，電池的陰極材料是否有價值進行回收。基於日新月異的電池市場，蓋恩斯說，現在生產的陰極到了將來可能就沒有人購買了。回收商們將會回收一個老古董，「沒有人會想要這個了。」
（德國技術員正在確保電池回收前放電完全了）
另一個挑戰是如何有效的開啟電池的外殼。日產Leaf的矩形電池需要兩個小時才能拆解完全，特斯拉的電池是獨一無二的，不僅因為他們圓柱形的電池單元，還有幾乎堅不可摧的聚氨酯黏著劑。
研究者們指出，即使工程師可以製造出快速拆解電池的機器人，但是內部的電池單元仍然存在黏著劑的問題。這是由於製造商使用了更多的黏著劑來固定陰極、陽極以及其他部件。回收商所使用的一款溶解陰極黏著劑的藥劑毒性實在是太強了，以至於歐盟釋出了針對這款溶解劑的限制令，美國環境保護部門去年也釋出宣告稱這款溶解劑會讓工人們面臨「不可理喻的危險」。
「考慮到經濟，你需要把他們完全拆開……要把電池完全拆開，你就要想辦法解決掉膠水。」湯普森的導師，萊斯特大學的化學家安德魯艾伯特（Andrew Abbott）說到。
為了簡化這個過程，湯普森和其他研究人員正在敦促電動汽車和電池的製造商，在設計時考慮到回收問題。艾伯特說，最理想的電池就像聖誕餅乾，一個聖誕禮物，當你一拉兩端，它就會開啟，露出裡面的信件或者是糖果。
作為舉例，艾伯特提到了刀片電池，這是去年中國車企比亞迪推出的新款磷酸鐵鋰電池，這款電池取消了模組設計，將扁平的電池單元直接儲存在電池之中，並且電池單元可以輕易的去除，不需要處理膠水的問題。
刀片電池最早是2018年出現在中國的，它的出現讓汽車製造商們開始承擔起保證電池可以回收的責任。中國現在回收的鋰電池比全世界其他國家加起來的還要多，主要使用火法冶金和溼法冶金。
打算採用相同策略的國家正在面臨一些棘手的問題。其中一個，湯普森說，就是誰需要支付回收電池的費用。「因為我買了電動汽車所以我需要承擔這個責任，又或者是生產製造這些電池的廠家？」
對這個問題，下半年歐盟在釋出第一條相關法規的時候，他們可能會給出一個答案。明年，美國加州政府成立的一個專家小組可能會有能力提出一個解決方案，這個方案甚至有可能影響到整個美國的政策建立。
同時，電池回收的研究者們表示，高效的電池回收並不能單單依靠先進的科技，遠距離運輸可燃物質的費用可能會拖後腿。但是在正確的位置設立回收中心也有可能對整個行業產生「巨大沖擊」，哈伯表示，「但是把整個行業，不同部門、公司的人整合到一起，讓大家協力工作會是一個巨大的挑戰。」
「沒有時間浪費了，」艾伯特說，「你最不想看到的就是花了十年研發出來的電池卻沒有辦法拆開。雖然現在還沒有發生，但是人們已經開始擔心了。」
原文連結：
https://www.sciencemag.org/news/2021/05/millions-electric-cars-are-coming-what-happens-all-dead-batteries