Nature点名锂离子电池，快速发展都是有代价的！

电池是人类未来的关键，但它们带来了环境和人力成本，必须减轻这些成本。

近日，Nature以题为“Lithium-ion batteries need to be greener and more ethical”发文，在此讨论了锂离子电池快速发展所带来的社会和环境问题，并提出了如何解决这些问题的方案——再利用。

低碳未来取决于一项必不可少但也存在问题的技术-锂离子电池。锂离子电池已经广泛用于笔记本电脑和智能手机，并将成为电动汽车和其他许多领域的跳动心脏。此外，它们还需要帮助世界电网供电，因为太阳能和风能等可再生能源仍然无法24小时提供能源。锂离子电池市场预计将从2017年的300亿美元增长到2025年的1000亿美元。

但正如Nature Reviews Materials在最近的一系列文章中所探讨的那样，这种增长本身并不是没有代价的。锂离子电池技术对人类和地球都有不利的一面。提取原材料，主要是锂和钴，需要大量的能源和水。此外，这些工作发生在矿场，那里的工人，包括年仅7岁的儿童，经常面临不安全的条件。

政策制定者、行业领导者和研究人员需要缓解这些问题。一项需要进一步研究的关键干预措施是加速电池再利用，而不是回收电池或将其丢弃在垃圾填埋场中。

世界上约有三分之一的锂（电池的主要成分）来自阿根廷和智利的盐滩，在那里，这种材料是在一个原本干旱的地区用大量的水来开采的。电池级锂也可以通过将材料暴露在非常高的温度下来生产，这是中国和澳大利亚使用的一种工艺，但它会消耗大量能源。还有一些方法可以更可持续地提取锂：例如，在德国和英国，试点项目正在从花岗岩下面的热卤水中过滤锂。

图1. 锂的新兴与崛起

Co是电池电极的重要组成部分，但大约70%的这种元素仅存在于一个国家：刚果民主共和国。刚果民主共和国约90%的Co来自其工业矿山（每年90000吨）。但在一个人们平均年收入不到1200美元的国家，世界对Co的需求吸引了成千上万的个人和小企业，他们被称为手工矿工，在这里童工和不安全的工作方式盛行。

图2. 大约 70% 的钴是在刚果民主共和国开采的

化学家正在研究用Fe或Mn等更丰富的金属代替Co的方法。但国际特赦组织等人权组织表示，这不应减损通过提供安全条件下的就业机会来清理刚果民主共和国现有的工业。

许多国家都意识到需要以负责任和更可持续的方式进行采矿。然而，有些人正在提倡可能对环境产生不利影响的政策，尤其是在电池回收方面。

例如，欧盟（European Union）要求企业在电池寿命结束时收集电池，要么重新利用电池，要么将电池拆解回收。欧盟目前的要求是收集45%的废旧电池，但其中很少有锂离子电池。这在一定程度上是因为这些电池通常内置在它们供电的设备中，很难拆卸，或者这些设备本身很值钱，这意味着它们很可能被出口转售，并在未报告的情况下从欧盟消失。与此同时，欧盟正在考虑到2030年电池回收率达到70%的目标。此外，它还希望到2030年，欧盟生产的新电池中4%的锂来自回收材料，到2035年将增加到10%。

图3. 一个没有电子垃圾的世界

这种要求可能会产生意想不到的后果。随着电池性能的提高，电池的寿命也会延长。但是，如果欧盟要求提高回收率，企业可能会被迫提前停止服务，以实现数字回收目标，即使它们还有可用的使用寿命。

同样，强制在锂离子电池中加入更多可回收材料也可能产生不利后果。再生材料已经短缺。因此，为了满足新的回收规则，欧洲的制造商可能会有悖常理地需要进口回收材料，特别是从中国进口，中国和韩国已经成为全球重要的电池回收中心。这将产生相当大的碳足迹。还存在电池生产停滞的风险，因为没有足够的可回收材料。

电池再利用是更多国家应该考虑的一种潜在解决方案——再利用的目标还不是欧盟提案的一部分。尽管电池最终会完全耗尽，但许多电池仅在特定用途（例如为汽车提供动力）变得低效时就不再使用，但对于较低强度的应用（例如可再生能源）仍有充足的寿命存储。

如果没有对电池再利用和再利用的激励措施，焚烧电池或将它们送到海外进行回收将更加经济。思维的转变是必要的：科学家们应该在设计材料时考虑如何回收和再利用。

电池对于地球的低碳未来至关重要，确保它们清洁、安全和可持续发展符合每个人的利益。

Nature 595, 7 (2021). https://doi.org/10.1038/d41586-021-01735-z

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Nature点名锂离子电池，快速发展都是有代价的！

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