利用完全可回收的组件使充电电池更具可持续性
可充电固态锂电池是一项新兴技术，未来只需一次充电即可为手机和笔记本电脑供电数天。它们的能量密度显著提高，是目前消费电子产品中使用的易燃锂离子电池的更安全替代品，但它们并不环保。当前的回收方法主要集中于对阴极中所含金属的有限回收，而其他所有物质则被浪费掉。
宾夕法尼亚州立大学的一个研究小组可能已经解决了这个问题。在宾夕法尼亚州立大学工程学院公平与包容临时副院长兼化学工程教授 Enrique Gomez 的带领下，该团队重新配置了这些固态锂电池的设计，使其所有组件都可以轻松回收。他们在ACS Energy Letters上发表了他们的研究成果。
戈麦斯说：“随着对可充电电池的需求不断增长，我们需要考虑这项技术的寿命终结问题。我们希望我们的工作能够借助一些关键的设计元素，凸显固态电池回收的可能性。”
研究人员表示，传统上，大多数核心电池组件都被浪费了，因为它们在回收过程中混合在一起，形成“黑色物质”。这种黑色物质富含电池所需的材料，但将它们分离出来仍然是一项挑战。在固态电池中，固体电解质的使用加剧了这个问题，因为它们会与黑色物质混合在一起。
为了更容易地将这些成分与纽扣电池中的其他金属成分分离，研究人员在回收过程开始之前在电极和电解质之间的界面处插入了两层聚合物层。
“我们提出，通过在回收过程中溶解聚合物层，你可以轻松地将电极与电解质分离，”化学工程博士生、论文第一作者 Yi-Chen Lan 说道。“如果没有聚合物层将它们分开，电极和电解质就会混合在一起，这使得它们很难回收。”
研究人员成功分离出各个成分后，便利用冷烧结技术将回收的金属和电极制成复合材料，冷烧结是利用溶剂施加压力，在低温下将粉末状材料组合成致密形式的过程。
冷烧结技术由宾夕法尼亚州立大学材料研究所所长、材料科学与工程杰出教授克莱夫·兰德尔 (Clive Randall) 领导的研究团队于 2016 年开发。戈麦斯和他的团队最近展示了使用冷烧结技术回收固态电解质的方法。
“我们利用冷烧结将回收的电极与回收的复合固体电解质粉末结合在一起，然后通过添加聚合物层重建电池，”化学工程博士生、论文合著者 Po-Hao Lai 说道。“这使我们能够回收整个电池，然后在使用后再次回收。”
他们对其性能进行了测试，发现重建后的电池达到了原始放电容量的 92.5% 至 93.8%。
“虽然全固态锂电池的商业化仍处于早期阶段，但我们的工作为设计可回收电池提供了重要的见解和想法，”兰说。“虽然我们还没有完全实现，但长期目标是，一旦全固态技术变得更加普及，就将这项创新应用于可用于手机和笔记本电脑等设备的更大电池。”
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