数十亿个废弃的锂离子电池，包括许多来自电动汽车的电池，正在积累，因为没有成本效益高的工艺来恢复它们。现在，普林斯顿大学的研究人员已经开发出一种廉价、可持续的方法来用旧电池制造新电池，并分拆了一家公司以扩大创新规模。

“我们看到的是，人们愿意给我们他们目前只是闲置的废电池。他们从我们那里收到新的原始阴极材料，用于新电池的成本比他们自己制造的要便宜，” 普林斯顿 NuEnergy的联合创始人兼首席执行官、 机械与航空航天工程系的博士后研究员 Chao Yan说。

普林斯顿 NuEnergy 使用由研究人员开发的工艺，这些研究人员结合了不同领域的专业知识来解决一个长期存在的问题：如何转化废阴极材料，或锂离子电池的昂贵部分，其中包含钴、镍、锰和锂，进入原始的新阴极。

当前回收锂离子电池的技术依赖于苛刻的化学品和高温、高耗能的工艺，将废电池分解成其基本成分。这些工艺在商业上和以环境可行的方式扩大规模一直具有挑战性。相反，普林斯顿 NuEnergy 正在以直接回收的形式升级和更新阴极本身。

该团队的工艺方法恢复了使用过的阴极的大部分结构和成分，以及钴和锂。据研究人员称，这种生成新鲜阴极材料的方法可减少约 70% 的用水量，以及 80% 的能源使用和排放量。

杨晓芳是普林斯顿大学副研究员，领导技术开发，是公司的联合创始人兼首席技术官。 Robert Porter Patterson 机械与航空航天工程 教授鞠一光和化学与生物工程教授Bruce Koel是联合创始人并担任技术顾问。

该团队工艺的核心是使用低温等离子体，这是一种极易反应的电离气体。由于这种反应性，等离子体可用于进行化学反应以从阴极粉末中去除污染物，否则这些污染物将需要非常高的温度并且会大量分解材料。

普林斯顿 NuEnergy 团队在不破坏阴极材料的情况下对其进行清理。他们的方法包括机械分离阴极和阳极材料，并使阴极粉末通过等离子体反应器以去除使用电池产生的污染。

从历史上看，回收涉及机械粉碎和熔炼电池材料以剥离单个元素或将电池溶解在强酸桶中。基于酸的过程会产生大量金属，从而消除了最初用于生产阴极的所有工作。这些方法被认为是间接的，因为它们涉及将电池材料分解成它们的元素成分，而不是将它们重整和再生成它们自己的新版本。

“酸把一切都分解到零，”严说。

“如果你有一块面团，你可以试着轻轻揉捏它并赋予它不同的结构。但基本上，你不要管它。你不会破坏它或将其分解成面粉和黄油，”Koel 说。

Koel 表示，旧电池在其使用寿命期间从阴极材料中损失了一些锂，因此普林斯顿 NuEnergy 将少量锂添加到其再生阴极粉末中，生产出比全新阴极所需的更便宜的材料。

扩大这一过程不仅可以帮助缓解一些围绕进口外国矿产的供应链问题，而且还可以减少对环境和劳工问题猖獗的过度开采地区的矿产需求。世界上大部分钴(例如阴极的关键成分)产于刚果民主共和国，那里的采矿经常 涉及童工。

该团队正在寻求扩大生产规模，看看该工艺是否适用于生产吨而不是公斤的阴极材料。该公司最近与总部位于的纬创绿色科技(德克萨斯)公司启动了一个试点项目，该公司是科技公司的主要废物处理商。

普林斯顿 NuEnergy 目前正在位于 德克萨斯州麦金尼的纬创绿色科技工厂建设一条加工线。通过这种合作关系，该公司计划在 2022 年将产量提高到每天至少一吨。

“扩大规模始终是一项挑战。在烧杯中进行是一回事，在办公室大小的大桶中进行是另一回事，”Koel 说。“我们不能靠自己快速做到这一点。纬创有一条空的生产线，所以他们很想听听我们的建议。”

Koel 说，联合创始人为他们的工艺开发了一些聪明的科学和工程，包括如何利用等离子体和操作反应堆。该团队希望他们能够迅速扩大生产规模，因为人们对电池回收领域有浓厚的兴趣，而且拥有竞争技术的公司可能会涌现。

研究人员表示，目前只有大约 5% 的废旧锂离子电池被回收。根据普林斯顿的 净零排放研究，到本世纪中叶达到净零排放意味着电动汽车的数量将从今天的大约 100 万辆增加到 210 到 3.3 亿辆。

电动汽车电池的使用寿命为 5 到 10 年，每辆车大约有 3,000 个电池单元，具体取决于型号。 IHC Markit 的分析 估计，目前有大约 100 亿或约 465,000 吨旧电动汽车电池需要处理，预计到 2025 年这一数字将增长到 290 亿。

“我们不仅仅是一家有想法的初创公司。我们认为将我们的技术转移到一个真正的工业项目中是一个巨大的机会，这将使我们能够大规模地回收和重新利用锂离子电池，”Yan 说。

在纬创资通工厂，一条以前用于从电子印刷电路板中回收黄金的生产线将使用普林斯顿 NuEnergy 工艺改造为一条电池回收线，这展示了市场从对黄金的需求向矿产需求的转变在锂和钴等锂离子电池中。

研究人员表示，他们希望在几年内继续提高回收能力，从消费电子电池扩展到电动汽车电池，甚至可能扩展到使用再生材料制造整个电池。

Chao 还在试验替代等离子体方法，以确保没有更好的反应器​​可供使用。这项工作的部分资金来自 普林斯顿加速器赠款。该公司现在在新泽西州博登敦的一个实验室开展业务

“我们的再生阴极在小型纽扣电池测试中的性能非常出色，但归根结底，我们将让独立的第三方说‘我们从他们那里获取了他们的材料，我们制造了这些电池，这些电池可以工作伟大的。' 这是下一步，”科尔说。