如今的大多數(shù)鋰電池都使用稀有而昂貴的金屬鈷作為陰極的一部分，但開(kāi)采這種材料會(huì)給環(huán)境帶來(lái)巨大的代價(jià)。因此，科學(xué)家們一直在致力于尋找更環(huán)保的替代材料，而磷酸鋰離子就是其中一種。據(jù)報(bào)道，最新研究還可以進(jìn)一步提高它的環(huán)保性能，一旦用完就可以使用少許能量就能恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。

這項(xiàng)研究是由加州大學(xué)圣地亞哥分校的納米工程師進(jìn)行的，重點(diǎn)是研究磷酸鐵鋰制成的陰極電池的回收技術(shù)。通過(guò)減少鎳和鈷等重金屬，這些類型的電池可以幫助避免礦產(chǎn)地的景觀和水源的退化，同時(shí)避免工人在開(kāi)采時(shí)暴露在危險(xiǎn)的條件下。

人們對(duì)鈷相關(guān)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)日益增強(qiáng)，正推動(dòng)該行業(yè)發(fā)生轉(zhuǎn)變，許多人都在尋求替代電池設(shè)計(jì)，包括IBM和特斯拉這樣的大公司。今年，特斯拉開(kāi)始銷售采用磷酸鐵鋰電池的Model 3。這些電池更安全，壽命更長(zhǎng)，生產(chǎn)成本更低，但缺點(diǎn)之一就是，一旦它們被用完，回收成本很高。

“回收它們并不劃算，”加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程教授Zheng Chen說(shuō)：“這和塑料的困境是一樣的——材料很便宜，但回收它們的方法卻不便宜。”

此次研究的突破主要集中在磷酸鐵鋰電池性能退化背后的幾個(gè)機(jī)制上。當(dāng)它們被循環(huán)使用時(shí)，這個(gè)過(guò)程會(huì)推動(dòng)結(jié)構(gòu)變化，隨著鋰離子的流失，陰極中產(chǎn)生了空位，同時(shí)鐵和鋰離子也會(huì)在晶體結(jié)構(gòu)中交換位置。這樣就能捕獲鋰離子，防止它們?cè)陔姵刂醒h(huán)。

研究小組采用了市面上可買到的磷酸鐵鋰電池，并將其消耗到一半的存儲(chǔ)容量。然后，他們將電池拆開(kāi)，將產(chǎn)生的粉末浸泡在含有鋰鹽和檸檬酸的溶液中，然后將其洗凈、干燥，并在大約60至80°C的溫度下加熱。隨后將這種粉末制成新的陰極，并在紐扣電池和小袋電池中進(jìn)行測(cè)試，研究小組發(fā)現(xiàn)其性能恢復(fù)到了初始狀態(tài)。

研究人員指出，這是因?yàn)檫@種回收技術(shù)不僅能補(bǔ)充電池的鋰離子儲(chǔ)備，還能使鋰離子和鐵離子重新回到陰極結(jié)構(gòu)中的原始位置。這要?dú)w功于檸檬酸的加入，檸檬酸為鐵離子提供了電子，并減少了阻止鐵離子移動(dòng)到原來(lái)位置的正電荷。這一切的結(jié)果是，鋰離子可以被釋放出來(lái)，并再次循環(huán)通過(guò)電池。  根據(jù)這項(xiàng)研究，與目前回收磷酸鋰離子電池的方法相比，這種技術(shù)消耗的能量減少了80%到90%，排放的溫室氣體也少了約75%。雖然這是一個(gè)良好的開(kāi)端，但研究小組表示，還需要進(jìn)一步的研究，以確定收集和運(yùn)輸大量此類電池的整體環(huán)境足跡。

“下一個(gè)挑戰(zhàn)將是弄清楚如何優(yōu)化這些流程，”Zheng Chen表示，“這將使這種回收過(guò)程更接近于行業(yè)采用。”