中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：新能源汽車電池退役后如何處理？這一直是社會(huì)關(guān)注的話題。華北電力大學(xué)博士后張鎮(zhèn)西與團(tuán)隊(duì)用了8年時(shí)間，給了這個(gè)問題一個(gè)解法。他們研制出一套熱解裝置，讓如山的退役鋰電池“涅槃重生”——與其他回收方式相比，這一裝置不僅運(yùn)行更穩(wěn)定、效率更高，而且綜合能耗更低，綠色環(huán)保。
張鎮(zhèn)西在江蘇鹽城一處生產(chǎn)車間，張鎮(zhèn)西目不轉(zhuǎn)睛盯著眼前的鋰電池回收裝置。進(jìn)料系統(tǒng)、帶電破碎系統(tǒng)、熱解系統(tǒng)、固體深度分選系統(tǒng)、尾氣凈化系統(tǒng)……不同模塊如同一座座緊密協(xié)作的“工坊”，用管道、輸送機(jī)有序連接起來。成批的退役鋰電池經(jīng)輸送機(jī)送入帶電破碎機(jī)單元，電池外殼和內(nèi)部結(jié)構(gòu)在這里“分了家”。緊接著，破碎后的物料又被輸送至熱解反應(yīng)器中，有機(jī)組分在無氧條件下分解，產(chǎn)生的氣體經(jīng)焚燒、急冷和凈化處理后達(dá)標(biāo)排放；黑粉、銅粉、鋁粉、鋼殼等固體物質(zhì)則經(jīng)研磨、篩分與分選等多道工序被逐一分離出來。
江蘇鹽城，退役鋰電池?zé)峤馓幚硌b置處理能力達(dá)到每小時(shí)2.5噸以上這條絲滑順暢的鋰電池“重生之路”，讓高價(jià)值的金屬得以回收，有機(jī)物被再度作為能源利用。
看著眼前有序運(yùn)行的回收裝置，張鎮(zhèn)西露出了滿意的微笑?！斑@是國(guó)內(nèi)首臺(tái)套成熟且可商業(yè)化應(yīng)用的退役鋰電池?zé)峤馓幚硌b置，處理能力可以達(dá)到每小時(shí)2.5噸以上！”目前，超過3.6萬噸鋰電池在此被綠色回收，電池黑粉回收率達(dá)99%，回收的銅純度超99%、鋁純度超98%。
近年來，電動(dòng)汽車在我國(guó)飛速發(fā)展。預(yù)計(jì)到2030年，中國(guó)鋰電池出貨量將超過40億千瓦時(shí)，對(duì)應(yīng)的退役總量將突破2600萬噸。早在上大學(xué)期間，張鎮(zhèn)西就關(guān)注退役鋰電池的處理。
90后的張鎮(zhèn)西，是人們眼里典型的理科男孩，內(nèi)向、不愛說話，動(dòng)手能力卻超強(qiáng)。小時(shí)候，收音機(jī)是姥姥、姥爺手里的“寶貝”?？粗⌒〉臋C(jī)器竟能傳送千里之外的聲音，小鎮(zhèn)西十分好奇，就趁著大人不注意，把收音機(jī)拆開，看里面長(zhǎng)什么樣子。高考那年，他如愿考上了華北電力大學(xué)新能源科學(xué)與工程專業(yè)?！爱?dāng)時(shí)這還是一個(gè)新興專業(yè)，填志愿的時(shí)候就覺得這個(gè)專業(yè)未來發(fā)展空間很大?！?/span>
張鎮(zhèn)西的判斷沒錯(cuò)，新能源領(lǐng)域有許多待開墾的“土地”。2017年，他考上了本校的研究生，研究方向聚焦可再生能源與清潔能源。在導(dǎo)師陸強(qiáng)教授的引領(lǐng)下，他敏銳地捕捉到了退役鋰電池的行業(yè)痛點(diǎn)。
彼時(shí)，新能源汽車在國(guó)內(nèi)起步，隨著儲(chǔ)能電站、電子設(shè)備不斷發(fā)展，鋰電池被廣泛應(yīng)用。然而，鋰電池也有它的壽命，傳統(tǒng)的回收工藝，或能耗高，或系統(tǒng)不穩(wěn)定，或容易產(chǎn)生廢液，引起二次污染。
張鎮(zhèn)西向記者科普：一般來說，當(dāng)動(dòng)力電池容量衰減至額定容量的80%以下時(shí)，就不適合再應(yīng)用在電動(dòng)汽車上，應(yīng)做回收處理，拆解重組后可以做成儲(chǔ)能設(shè)備、低速電動(dòng)車、景區(qū)觀光車等電源，繼續(xù)發(fā)揮余熱；如電池容量衰減至較低水平時(shí)，就需要進(jìn)行特殊處理，提取電池中的鈷、鎳、鋰、銅、鋁等金屬原材料，應(yīng)用于電池再造。
“退役不是終點(diǎn)，而是鋰電池新生的起點(diǎn)。”張鎮(zhèn)西和團(tuán)隊(duì)決心利用熱解技術(shù)，研制適配鋰電池特性的熱解回收裝置，把固廢當(dāng)資源，用更綠色低碳的方式回收退役鋰電池。
技術(shù)是開創(chuàng)性的，沒有太多可以參考的資料和案例。若是用傳統(tǒng)的熱解處置設(shè)備直接用來處置鋰電池，存在運(yùn)行不穩(wěn)定、能耗高、產(chǎn)品回收價(jià)值低等問題。在華北電力大學(xué)實(shí)驗(yàn)室里反復(fù)推演，在新能源發(fā)電國(guó)家工程研究中心上千次調(diào)試，從小型熱解反應(yīng)裝置起步，逐步放大到工業(yè)化應(yīng)用規(guī)模……張鎮(zhèn)西與團(tuán)隊(duì)啃下一塊又一塊硬骨頭，最終研制出具有自主特色的“旋轉(zhuǎn)步進(jìn)熱解裝置”。
張鎮(zhèn)西在廣東茂名調(diào)研退役新能源組件回收“真是一路辛苦和一路汗水?！闭勂鹧邪l(fā)之路，張鎮(zhèn)西百感交集。就拿反應(yīng)器的設(shè)計(jì)來說，“旋轉(zhuǎn)步進(jìn)”的形式是一點(diǎn)點(diǎn)試錯(cuò)得來的?！耙婚_始試立式結(jié)構(gòu)，再試臥式結(jié)構(gòu)，雖然物料可以持續(xù)被處理，但能耗大、密封差，這些問題都不好解決?！睆堟?zhèn)西想到了新的主意，“反應(yīng)器的外部不動(dòng)，在里面再做一些手腳，試試旋轉(zhuǎn)螺旋軸?！苯?jīng)過試驗(yàn)，這一方法雖然整體不錯(cuò)，但空間利用效率太低。
一天，他看見電風(fēng)扇的幾片扇葉就能帶起風(fēng)，一下子來了靈感。他將螺旋簡(jiǎn)化成刮板形狀，刮著物料前進(jìn)，這就有了旋轉(zhuǎn)步進(jìn)熱解裝置的雛形。
尾氣排放是需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。鋰電池回收階段會(huì)產(chǎn)生氟化氫等腐蝕性較強(qiáng)的氣體。一開始，張鎮(zhèn)西試了很多裝置材料，都不能耐腐蝕。他扎進(jìn)文獻(xiàn)的海洋，潛心研究氟化氫的腐蝕特性，盡量避開容易產(chǎn)生這一氣體的溫度區(qū)間；請(qǐng)教有關(guān)專家，尋找耐腐蝕的材料。
功夫不負(fù)有心人。最終，張鎮(zhèn)西將裝置的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間從短短數(shù)日提升至300天以上，傳熱效率足足提升10倍，尾氣排放水平更是遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。這項(xiàng)技術(shù)成功入選《國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的重大環(huán)保技術(shù)裝備目錄（2023年版）》，還作為新時(shí)代大學(xué)生的優(yōu)秀實(shí)踐成果代表，走進(jìn)了國(guó)家博物館的展廳。
2024年初，張鎮(zhèn)西在海淀創(chuàng)業(yè)園創(chuàng)辦北京西彥科技有限公司，主要做這一技術(shù)的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用，目前與天能集團(tuán)、中車集團(tuán)等企業(yè)開展業(yè)務(wù)合作。
張鎮(zhèn)西參加第九屆創(chuàng)客中國(guó)的比賽“創(chuàng)業(yè)就像熱解過程，只有經(jīng)歷絕氧炙烤，才能精煉出最純凈的產(chǎn)品。”在剛剛結(jié)束的第三屆全國(guó)博士后創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽總決賽舞臺(tái)上，剛剛從博士后站點(diǎn)出站的張鎮(zhèn)西侃侃而談。曾經(jīng)沉默寡言的他，如今在數(shù)千人前演講也不怵，還頻繁去全國(guó)各地洽談項(xiàng)目，推廣環(huán)保回收技術(shù)。
張鎮(zhèn)西告訴記者，當(dāng)前，仍有不少小作坊回收鋰電池后，用簡(jiǎn)單焚燒的方式提取金屬，金屬回收純度低、不環(huán)保。張鎮(zhèn)西期待有更多人加入低碳環(huán)保的隊(duì)伍中來，共同推動(dòng)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。
