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在向清潔能源轉(zhuǎn)型的過程中，鋰離子電池的使用量不斷增加，電池中用到的主要元素越來越稀缺和昂貴，如鋰、鎳、鈷金屬以及石墨。據(jù)外媒報道，勞倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）的研究人員發(fā)明了一種新型電池材料，有助于重新利用回收材料，并使電池生產(chǎn)過程更加安全。


通過簡單且經(jīng)濟的方式，這種快速釋放粘合劑可使鋰離子電池中有價值的材料從其他組件中分離出來，然后回收在新電池中重復使用。只需要打開用快速釋放粘合劑制成的電池，放在室溫堿性水中，輕輕搖晃。分離的元素很容易從水中過濾出來并風干。

這與目前的鋰離子回收過程形成了鮮明的對比。在現(xiàn)有的回收工藝中，需要首先粉碎和研磨電池，然后焚燒以將金屬從其他成分中分離出來。

只需加（堿性）水

大多數(shù)電池類型中使用的粘合劑是膠狀物質(zhì)，包括鋰離子電池和日常使用的堿性電池。

這種新型快速釋放粘合劑由兩種商用聚合物聚丙烯酸（PAA）和聚乙烯亞胺（PEI）制成，它們通過PEI中帶正電的氮原子和PAA中帶負電的氧原子之間的鍵連接在一起。當固態(tài)粘結(jié)劑材料被置于含有氫氧化鈉的堿性水中時，鈉離子突然進入鍵位，使兩種聚合物分離。分離出來的聚合物溶解在液體中，使嵌入其中的電極組件釋放出來。

該粘合劑可用于制造正、負極，價格約為兩種最常用的商業(yè)粘合劑的十分之一。研究人員Chen Fang表示：“研究證明在實驗室規(guī)模上實現(xiàn)整個過程非常容易，因此沒有理由不能在工業(yè)規(guī)模上使用。”該團隊認為，這種材料可以用于各種尺寸的電池。

9月下旬，該技術被R&D 100大獎認定為2022年全球開發(fā)的100項革命性技術之一。

目前，該團隊正在與電池回收開發(fā)商、onTo Technologies創(chuàng)始人Steve Sloop合作，以完成對該產(chǎn)品的測試，并將其推向市場。以往實驗表明，該粘結(jié)劑在高電壓和低電壓下都非常穩(wěn)定?，F(xiàn)在，該團隊計劃用這種粘結(jié)劑構(gòu)建鋰離子電池原型，全面分析其性能，并展示其功能性。

如果測試進展順利，預計將順利過渡到商業(yè)制造。Chen 表示：“為了制造新的電池，制造商需要用化學溶劑處理粘結(jié)劑，以產(chǎn)生包含所有電極組件的漿料，然后將其沉積在電極片上，形成所需的形狀和厚度。”這需要額外的儀器或設施，以保護工人免受有毒溶劑蒸氣的影響，并管理和安全處置溶劑。使用快速釋放粘結(jié)劑，可省去這些步驟。

重新設計電池生命周期

據(jù)介紹，這代表了電池設計的范式轉(zhuǎn)變。該團隊沒有設計先進的電池，而是實現(xiàn)了首次“為回收而設計”。

Sloop表示：“這種粘合劑有一個很大的特點，即可以通過低成本、環(huán)保的加工過程來‘解開拉鏈’，通過提高先進電池系統(tǒng)的經(jīng)濟和環(huán)境可持續(xù)性，使所有人受益。電池不含全氟烷基和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）也是一大成功。這是用于制造不粘涂層和其他許多產(chǎn)品的化合物家族，因為容易引起健康問題，消費者并不想使用。”

展望未來，伯克利實驗室儲能中心成員項目負責人Gao Liu和Sloop正在與電池公司和粘合劑制造商接洽討論商業(yè)化。他們希望獲得快速釋放技術許可，以將其用于所有主要的鋰離子電池品牌。該技術將有助于保護剩余的稀土金屬資源。

原標題： 伯克利實驗室開發(fā)快速釋放粘合劑 有助于更簡單經(jīng)濟地回收電池