特斯拉Model S的电池组，可谓是一项复杂的工程：上千个圆柱形的电池单元与其他部件一起，一遍又一遍地把锂离子和电子转化为可以推动汽车行驶数百公里的能量，还不会排放尾气。但是，当电池的寿命耗尽时，它就不再对环境友好了。
如果电池被埋在土里的话，其中的电池单元会释放出包括重金属在内的有毒物质。莱斯特大学的材料科学家达娜·汤普森（Dana Thompson）也警告称，回收电池是一项极其危险的工作。
在处理特斯拉的电池时切的太深、切错地方都有可能导致电池短路，燃烧，甚至会释放出有毒的烟雾。
而这只是包括汤普森在内的众多研究者，所面临的许多问题中的一个。他们正在尝试解决一个迫在眉睫的问题：接下来几十年，制造商们正准备制作数百万块电动汽车的电池，要如何来回收这些电池？
汤普森现在正在英国的法拉第研究所担当研究员，这家研究所致力于解决电池问题，她说，现在的电池「在设计之初就没有考虑过如何回收的问题」。
在电动汽车数量很少的时候，这并不会引发问题，但是随着科技的进步，数家企业已经公开表示，将在几十年内逐渐停产燃油车型。
有些业内分析师表示，到2030年时，电动汽车全世界的保有量将会达到1.45亿辆，2020年这个数字只是1100万辆。「人们已经逐渐意识到这会引发的问题了。」汤普森说道。
政府们正在缓慢地推进回收电池的脚步。在2018年，中国发布新规定，旨在提高电池零部件的重新利用率。欧盟有望在今年年底出台他们的第一项指令。在美国，联邦政府已经推出了回收电池的法规，但是包括全美最大的汽车市场加州在内的数个州政府正准备建立本州的相关法规。
严格按照这些法规执行并不是一件容易的事情：从化学物质到结构，每款电池都是不同的，这就导致我们难以建立有效的电池回收系统。电池单元通常也由强力胶水固定在一起，不容易拆开。并且在回收电池中还有一个经济障碍：对于车企来说，使用回收的金属比直接购买新的要花更多的钱。
（材料学家达娜汤普森正在开发可以从废旧电池上提取金属的溶剂）
研究者们提到，更高效的回收方法不仅会防止污染，还可以提高电池中关键金属的供应量，帮助政府在发展经济、保障国家安全，因为这些关键金属的产出正在被极少数国家垄断着。
「一方面，将抛弃掉废旧电池是一种很浪费的处理方法。另一方面，这也是一个好机会，使得我们可以建立可持续发展的、生产关键金属的次级流水线。」伯明翰大学研究电动汽车政策的盖文哈勃（Gavin Harper）说到。
为了启动电池循环项目，政府和企业正在对数组研究投资。美国能源部门（DOE）已经对ReCell中心投资了大约1.5亿美元来资助其研究，其研究人员来自大学、企业以及政府研究室。
英国也在支持ReLiB项目，这个项目有多家企业共同参与研究。随着电动汽车产业逐步发展，对于回收电池的研究进展也变得日益迫切，在美国能源部阿贡国家实验室研究电池回收的琳达盖恩斯（Linda Gaines）说到，「对于这件事情我们越早有进展就越好。」
电动汽车电池的结构有一些像套娃，通常来说，在一个电池组上会有几个小模组，每一个模组又是由数量众多的小电池单元构成。在每个电池单元内，锂离子穿过石墨阳极与金属氧化物阴极之间的电解质。电池的分类通常是依靠阴极金属，主要有三种类别：镍-钴-铝；磷酸铁；镍-锰-钴。
现在，回收的主要目标是阴极中的金属，像钴或者镍，这些金属的价格比较高，而锂和石墨的经济效益太低了。但是由于这些金属的量太少了，回收它们就像大海捞针。
新型的消费电池
科学家们正在进行实验，以保证现在售卖的电池在2030年后是可以进行回收的。在那个时候，每天都会有数千块电池使用寿命到头。虽然电池的设计并不尽相同，但是其中的基础组件是大致一样的。
回收这些微量的金属，主要依靠两种技术：火法冶金和湿法冶金。最常用到的是火法冶金，工人先使用物理方法拆除电池单元然后烧掉他们，然后留下一堆烧焦的塑料、金属、胶水。在这时，分离金属的方法就有很多了，包括让这堆废料进一步燃烧。
「火法冶金本质上就是把电池当作矿石。」盖恩斯说道。湿法冶金则正相反，电池会被泡在一池酸液中，变成一锅金属汤。有时可以把两种方法结合起来使用。
这两种方法各有优缺。比如说火法冶金，使用这种方法并不需要工人们对电池的设计或者是结构有任何了解，甚至不用管电池是不是完全放电状态，但是这种方法会消耗掉很多的能源。
湿法冶金可以得到无法轻易通过灼烧分离的金属，但是过程中会涉及到危害健康的化学药剂。并且从金属汤中回收这些金属也是一个问题，虽然现在研究者们正在研究针对单一金属的溶解剂。例如汤普森已经确定了一种潜在解决方案：名叫深共晶溶剂的酸和碱基的混合药剂，它可以溶解除了镍之外的所有金属。
研究发现，这两种方法都会产生大量的废物并排放温室气体。而且这样的商业模式也并不稳定：大多数公司靠售卖回收的钴来维持营业，但是电池生产商们正在寻找可以替代这种昂贵金属的新材料。这样下去，电池回收商们将会售卖成堆的「垃圾」，普渡大学的材料科学家丽贝卡西兹（RebeccaCiez）这样说道。
回收流程
火法冶金会把电池烧成渣滓，湿法冶金会把电池溶解在酸中。这两种方法都是为了提取阴极金属。最理想的方法就是直接回收，这样可以使阴极金属保持结构。但是对于回收来说，商业化最重要的条件就是成本低于直接开采。
直接回收是最理想的方法，这样可以保持阴极金属混合物的完整。这对电池生产商来说十分具有吸引力，因为回收回来的阴极不用再进行深度加工，盖恩斯提到，虽然商家们还是需要添加少量的锂来使阴极恢复活性。「所以如果你要考虑经济性的话，直接回收相比火法冶金或者湿法冶金都是更划算的方法。」
在进行直接回收的时候，工人首先需要拆下电池单元并抽走电解液。之后他们会使用溶剂或者加热的方法来移除胶水，接着他们会使用浮选技术来分离阳极和阴极材料。到了这个时候，阴极材料就会变成爽身粉一样的状态。
到目前为止，直接回收技术只进行过单一电池单元的实验，并且最多只能回收10克的阴极粉末。但是美国再生能源实验室的研究者们已经建立了经济模型，证明未来在能够商业化的情况下，这种方法是完全可行的。
为了能够使用直接回收技术，电池生产商、回收商、研究人员还需要解决几个问题。首先就是对制造的电池贴上标签，这样回收商们就可以知道自己正在处理的是哪种电池，电池的阴极材料是否有价值进行回收。基于日新月异的电池市场，盖恩斯说，现在生产的阴极到了将来可能就没有人购买了。回收商们将会回收一个老古董，「没有人会想要这个了。」
（德国技术员正在确保电池回收前放电完全了）
另一个挑战是如何有效的打开电池的外壳。日产Leaf的矩形电池需要两个小时才能拆解完全，特斯拉的电池是独一无二的，不仅因为他们圆柱形的电池单元，还有几乎坚不可摧的聚氨酯黏着剂。
研究者们指出，即使工程师可以制造出快速拆解电池的机器人，但是内部的电池单元仍然存在黏着剂的问题。这是由于制造商使用了更多的黏着剂来固定阴极、阳极以及其他部件。回收商所使用的一款溶解阴极黏着剂的药剂毒性实在是太强了，以至于欧盟发布了针对这款溶解剂的限制令，美国环境保护部门去年也发布声明称这款溶解剂会让工人们面临「不可理喻的危险」。
「考虑到经济，你需要把他们完全拆开……要把电池完全拆开，你就要想办法解决掉胶水。」汤普森的导师，莱斯特大学的化学家安德鲁艾伯特（Andrew Abbott）说到。
为了简化这个过程，汤普森和其他研究人员正在敦促电动汽车和电池的制造商，在设计时考虑到回收问题。艾伯特说，最理想的电池就像圣诞饼干，一个圣诞礼物，当你一拉两端，它就会打开，露出里面的信件或者是糖果。
作为举例，艾伯特提到了刀片电池，这是去年中国车企比亚迪推出的新款磷酸铁锂电池，这款电池取消了模块设计，将扁平的电池单元直接储存在电池之中，并且电池单元可以轻易的去除，不需要处理胶水的问题。
刀片电池最早是2018年出现在中国的，它的出现让汽车制造商们开始承担起保证电池可以回收的责任。中国现在回收的锂电池比全世界其他国家加起来的还要多，主要使用火法冶金和湿法冶金。
打算采用相同策略的国家正在面临一些棘手的问题。其中一个，汤普森说，就是谁需要支付回收电池的费用。「因为我买了电动汽车所以我需要承担这个责任，又或者是生产制造这些电池的厂家？」
对这个问题，下半年欧盟在发布第一条相关法规的时候，他们可能会给出一个答案。明年，美国加州政府成立的一个专家小组可能会有能力提出一个解决方案，这个方案甚至有可能影响到整个美国的政策建立。
同时，电池回收的研究者们表示，高效的电池回收并不能单单依靠先进的科技，远距离运输可燃物质的费用可能会拖后腿。但是在正确的位置设立回收中心也有可能对整个行业产生「巨大冲击」，哈伯表示，「但是把整个行业，不同部门、公司的人整合到一起，让大家协力工作会是一个巨大的挑战。」
「没有时间浪费了，」艾伯特说，「你最不想看到的就是花了十年研发出来的电池却没有办法拆开。虽然现在还没有发生，但是人们已经开始担心了。」
原文链接：
https://www.sciencemag.org/news/2021/05/millions-electric-cars-are-coming-what-happens-all-dead-batteries
