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陸俊/張山青EES: 鋰離子電池及其他可持續(xù)回收利用的智能輔助預(yù)設(shè)計(jì)

為滿足現(xiàn)代交通電氣化的需求，鋰離子電池（LIBs）進(jìn)入了空前消耗的階段。回收友好設(shè)計(jì)從本質(zhì)上促進(jìn)了自然資源的長期可持續(xù)利用，減少了廢鋰離子電池對(duì)環(huán)境的不利影響，并提高了回收的經(jīng)濟(jì)可行性。

在此，美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室陸俊研究員、澳大利亞格里菲斯大學(xué)張山青教授等人提出了鋰離子電池的智能輔助預(yù)設(shè)計(jì)，包括電池管理系統(tǒng)和電池化學(xué)設(shè)計(jì)。作者首先介紹了當(dāng)前廢電池最先進(jìn)的回收工藝：

路徑1：基于冶金的回收 (MBR)，涉及高能耗和高污染生產(chǎn)（但勞動(dòng)力成本和選擇性低）；

路徑2：人工輔助直接回收（HADR），回收流程環(huán)保，包括收集、人工分揀拆解、分離、再生、新電池生產(chǎn)（收集、分揀、拆解環(huán)節(jié)人工成本高）。

圖1. 當(dāng)前最先進(jìn)的廢電池回收工藝

因此，作者在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)（EES）回收?qǐng)鼍爸刑岢隽酥悄芤龑?dǎo)的“再利用-翻新-回收”策略（“3R”策略），包括數(shù)字孿生電池、智能電池系統(tǒng)、材料分離和可持續(xù)電極設(shè)計(jì)在內(nèi)的智能輔助預(yù)設(shè)計(jì)將成為“3R”策略的重要推動(dòng)因素。這些設(shè)計(jì)可以顯著提高 LIB 回收率，實(shí)現(xiàn)真正可再生和可持續(xù)的電池經(jīng)濟(jì)。

此外，這些戰(zhàn)略將使政府能夠制定強(qiáng)有力的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，以解決環(huán)境問題，并在全球范圍內(nèi)大規(guī)模生產(chǎn)LIB時(shí)最大限度地減少自然資源的使用。

圖2. 經(jīng)濟(jì)和自然可持續(xù)回收中的“3R”戰(zhàn)略

圖3. 用于改進(jìn)可追溯性和電池管理系統(tǒng)的智能輔助預(yù)設(shè)計(jì)

Intelligence-assisted predesign for sustainable recycling of lithium-ion batteries and beyond, Energy & Environmental Science 2021. DOI: 10.1039/D1EE01812D

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