特斯拉S型车的电池组是一项复杂的工程壮举。数以千计的圆柱形电池和来自世界各地的部件将锂和电子转化为足够的能量，推动汽车行驶数百公里，一次又一次，没有尾气排放。但是，当电池的寿命结束时，它的绿色好处就会消失。如果它最终被填埋，其电池会释放出有问题的毒素，包括重金属。莱斯特大学的材料科学家丹娜-汤普森警告说，回收电池可能是一件危险的事情。在特斯拉电池上切得太深，或者切错地方，它可能会短路、燃烧，并释放有毒气体。

        这只是包括汤普森在内的研究人员面临的众多问题之一，他们正试图解决一个新出现的问题：如何回收制造商预计在未来几十年内生产的数百万个电动汽车（EV）电池。法拉第研究所的研究员汤普森说，目前的电动车电池 "真的不是为回收而设计的"，法拉第研究所是英国的一个专注于电池问题的研究中心。

        在电动车还很罕见的时候，这并不是什么问题。但现在这项技术正在起飞。一些汽车制造商已经表示，他们计划在几十年内逐步淘汰内燃机，行业分析师预测，到2030年，至少有1.45亿辆电动汽车在路上行驶，而去年只有1100万辆。"人们开始意识到这是一个问题，"汤普森说。

        各国政府正在逐步要求进行某种程度的回收。2018年，中国实施了新的规则，旨在促进电动车电池部件的再利用。欧盟预计将在今年最终确定其第一批要求。在美国，联邦政府尚未推进回收规定，但包括加州在内的几个州--美国最大的汽车市场--正在探索制定自己的规则。

        遵守规定并不容易。电池在化学和结构上有很大不同，这使得建立有效的回收系统很困难。而且，电池通常用坚硬的胶水固定在一起，使其难以拆开。这导致了一个经济障碍：对于电池制造商来说，购买新开采的金属往往比使用回收的材料更便宜。

        研究人员指出，更好的回收方法不仅可以防止污染，还可以通过增加由一个或几个国家控制的关键电池金属的供应，帮助政府提高其经济和国家安全。"一方面，[处置电动车电池]是一个废物管理问题。另一方面，这是一个生产可持续的关键材料二次流的机会，"伯明翰大学研究电动车政策问题的研究员Gavin Harper说。

        为了启动回收，政府和工业界正在为一系列的研究计划投入资金。美国能源部（DOE）已经向ReCell中心投入了大约1500万美元，以协调学术界、工业界和政府实验室的科学家的研究。英国已经支持了ReLiB项目，这是一个多机构的努力。在美国能源部阿贡国家实验室从事电池回收工作的Linda Gaines说，随着电动车行业的发展，对进展的需求变得非常迫切。"她说："我们越早让一切行动起来，就越好"。

        电动汽车电池的构造有点像嵌套的娃娃。通常情况下，一个主电池组有几个模块，每个模块由许多小电池构成（见下图）。在每个电池内，锂原子在石墨阳极和由金属氧化物组成的阴极片之间通过电解质移动。电池通常由阴极中的金属来定义。有三种主要类型：镍钴铝，铁磷酸盐，以及镍锰钴。

        现在，回收商主要针对阴极中的金属，如钴和镍，这些金属可以获得高价。(锂和石墨太便宜，回收不经济。)但由于数量少，这些金属就像干草堆里的针：很难找到和回收。

废旧电池的新生命

        科学家们正在努力确保今天出售的电动汽车（EV）电池能够在2030年及以后被回收利用，届时每天将有数以千计的电池达到其寿命的终点。电动汽车电池有很多设计，但一般都有这些组件。

        为了提取这些原料，回收者依靠两种技术，即火法冶金和湿法冶金。更常见的是火法冶金，回收者首先机械地粉碎电池，然后燃烧它，留下塑料、金属和胶水的烧焦物。在这一点上，他们可以使用几种方法来提取金属，包括进一步燃烧。盖恩斯说："Pyromet本质上是把电池当作一种矿石来处理，"直接从矿场出来。相比之下，湿法冶金涉及将电池材料浸泡在酸池中，产生一个充满金属的汤。有时这两种方法会结合起来。

        每种方法都有优势和劣势。例如，火法冶金法不要求回收者知道电池的设计或成分，甚至不要求知道它是否完全放电，以便安全地向前推进。但它是能源密集型的。湿法冶金可以提取不容易通过燃烧获得的材料，但它可能涉及构成健康风险的化学品。而且从化学汤中回收所需的元素可能很困难，尽管研究人员正在试验一些化合物，这些化合物有望溶解某些电池金属，但将其他金属留在固体形式中，使它们更容易回收。例如，汤普森已经确定了一种候选物质，一种被称为深共晶溶剂的酸和碱的混合物，可以溶解除镍之外的所有物质。

        研究发现，这两种工艺都会产生大量的废物和排放温室气体。而且，商业模式可能是不稳定的。大多数业务依靠出售回收的钴来维持经营，但电池制造商正试图摆脱这种相对昂贵的金属。普渡大学的材料科学家Rebecca Ciez说，如果发生这种情况，回收商可能会被留下来试图出售成堆的 "污垢"。

回收的循环

        火法冶金将废旧电池烧成渣，湿法冶金则将其溶解在酸中。两者都是为了提取阴极材料。最理想的是直接回收，这样可以完整地回收阴极。但为了使回收可行，它必须在成本上与开采的材料具有竞争力。

        理想的做法是直接回收，这将保持阴极混合物的完整。这对电池制造商很有吸引力，因为回收的阴极不需要大量的加工，盖恩斯指出（尽管制造商可能仍然需要通过添加少量的锂使阴极恢复活力）。"因此，如果你在考虑循环经济，[直接回收]是一个比高温高压或水力高压更小的圈子"。

        在直接回收中，工人们将首先吸走电解液并粉碎电池单元。然后，他们将用热或溶剂去除粘合剂，并使用浮选技术来分离阳极和阴极材料。在这一点上，阴极材料类似于婴儿粉。

        到目前为止，直接回收实验只集中在单细胞上，只产生了几十克的阴极粉末。但美国国家可再生能源实验室的研究人员已经建立了经济模型，显示该技术如果在合适的条件下扩大规模，在未来是可行的。

        然而，为了实现直接回收，电池制造商、回收商和研究人员需要解决一系列的问题。其中一个问题是确保制造商给他们的电池贴上标签，以便回收者知道他们正在处理的是哪种电池，以及阴极金属是否有任何价值。盖恩斯指出，鉴于电池市场的快速变化，今天生产的阴极可能无法在未来找到买家。回收商将是 "回收一只恐龙。没有人会想要这个产品"。

        另一个挑战是有效地敲开电动车电池。日产的矩形Leaf电池模块可能需要2个小时才能拆开。特斯拉的电池不仅因其圆柱形而独特，而且还因将其固定在一起的几乎不可破坏的聚氨酯水泥而独特。

        研究人员指出，工程师们也许能够制造出能够加速电池拆卸的机器人，但即使你进入电池内部，粘性问题依然存在。这是因为有更多的胶水被用来固定阳极、阴极和其他组件的位置。回收商用来溶解阴极粘合剂的一种溶剂非常有毒，欧盟已经对其使用进行了限制，而美国环境保护局去年确定它对工人构成了 "不合理的风险"。

        "莱斯特大学的化学家和汤普森的顾问安德鲁-阿伯特说："从经济角度来说，你必须要拆卸......[而且]如果你想拆卸，那么你必须要摆脱胶水。

        为了减轻这一过程，汤普森和其他研究人员正在敦促电动车和电池制造商开始设计他们的产品，并考虑到回收。Abbott说，理想的电池就像圣诞饼干，一种英国的节日礼物，当收件人拉动每一端时就会弹开，露出糖果或信息。作为一个例子，他指出刀片电池是中国电动汽车制造商比亚迪去年发布的一种磷酸铁锂电池。它的电池组取消了模块组件，而是直接在里面储存扁平电池。这些电池可以很容易地用手取下，而不需要用电线和胶水。

        刀片电池是在中国于2018年开始让电动车制造商负责确保电池回收后出现的。该国现在回收的锂离子电池比世界其他国家的总和还要多，主要使用火法和湿法冶金方法。

        正在采取类似政策的国家面临一些棘手的问题。汤普森说，其中一个问题是，谁应该承担实现回收的主要责任。"是我的责任，因为我买了[电动车]，还是制造商的责任，因为他们制造并销售它？"

        在欧盟，一个答案可能会在今年晚些时候出现，届时官员们将发布该大陆的第一条规则。明年，加利福尼亚州成立的一个专家小组预计将提出建议，这些建议可能对美国的任何政策产生重大影响。

        同时，回收研究人员说，有效的电池回收将需要更多的技术进步。长途或跨境运输可燃物品的高成本会阻碍回收。因此，将回收中心放在正确的地方可能会产生 "巨大的影响"，哈珀说。"但是，在系统整合和将所有这些不同的研究碎片汇集在一起方面，将会有一个真正的挑战。"

        阿博特说，没有什么时间可以浪费。他说："你不希望的要面对只有十年寿命的电池但束手无策。"他说。"虽然这还没有发生--但人们已经在呼唤，担心它会发生！"