电池

随着电动汽车在全球市场上的增多，人们对其电池的环境影响的担忧也在增加。特别是磷酸铁锂（LFP）电池，其使用寿命约为十年，面临一个挑战：回收成本高且不具经济效益，因为它们几乎只提供锂作为可回收元素。 面对这种情况，由教授Deyang Qu和研究生Soad Shajid领导的威斯康星大学密尔沃基分校团队提出了一个意想不到的解决方案：将废旧电池转化为农业肥料。 过程：从磷酸锂到磷酸钾 这项研究发表在The Journal of Physical Chemistry上，基于一种离子交换过程，将电池中的锂替换为钾。 阴极中的磷酸锂转化为磷酸钾，一种具有农业价值的化合物。 磷直接来自电池材料。 钾在回收过程中引入。 通过添加氮，得到一种NPK肥料，这种配方结合了作物生长所需的三种基本元素：氮、磷和钾。 这一方法的最大优势在于不需要高强度的热处理或苛刻的化学处理，相较于传统回收方法，减少了能源消耗和环境足迹。 电池回收的环境和经济效益 将电池转化为肥料不仅解决了电子废物问题，还： 减少环境影响，避免了废旧电池的储存和处理。 降低碳足迹，无论是在回收还是肥料生产中。 加强循环经济，利用本来被视为废物的材料。 推动绿色就业，创造与可持续性相关的新职业。 增强农业自主性，减少对磷和钾进口的依赖。 在美国，这些养分大部分来自像俄罗斯、中国或摩洛哥这样的国家，这使得在地缘政治危机和市场波动中存在脆弱性。此方法提供了一种本地生产的替代方案，缩短供应链，减少对国际风险的暴露。 去中心化应用和作物试验 Qu团队提出，该技术可以以去中心化的方式应用，在农业或工业区附近安装处理厂，以处理积累的废旧电池。这将降低物流成本并促进当地就业。 该项目得到了美国农业部（USDA）和大学内部资金的支持，已经在实验规模上证明了其可行性。下一步将是在实际条件下测试肥料： 一个一公顷的番茄实验，这是一种集约型作物，将允许比较电池衍生肥料与传统商业产品的产量。 如果结果相当或更好，该倡议可能会吸引农业企业的注意，并巩固为一种可行的替代方案。 威斯康星作为理想环境 凭借其强大的工业和农业基础，威斯康星为发展这种循环回收模式提供了完美的场景。两个行业的结合使得可以朝着可持续生产模式迈进，同时还可以创造与能源转型相关的技术工作。 电池回收的转折点 尽管该项目处于初始阶段，其构想代表了对电动汽车电池回收全球挑战的创新回应。如果能够扩大规模并大范围应用，可能会在电子废物管理中标志着一个转折点，将环境问题转化为农业和循环经济的机遇。

一个来自德克萨斯农工大学的研究小组成功开发了世界上首个金属凝胶，这是一种混合材料，结合了液体的流动性与金属骨架的固体结构。 这一几乎是偶然的突破，可能会彻底改变液态金属电池的设计，使其更安全、更多功能。 意外的发现 这一发现是在进行铜和钽的实验时产生的。当将混合物加热到接近1000°C的温度时，铜变成了液体，而钽保持其固体形态，形成了一个能够捕获液态金属的多孔结构。 于是，金属凝胶诞生了：一种既不是完全固体也不是液体的材料，但保留了两种状态的特性。 当前液态金属电池的局限性 液态金属电池因其高能量容量和在高温下运行的能力而突出。然而，它们存在一个关键问题：物理不稳定性。 液态金属可以在电池中移动，导致短路或效率损失。因此，到目前为止，它们几乎仅用于固定安装，如能源存储设施。 金属凝胶的贡献 这种新材料通过固定液态金属而不失去导电性，解决了这一限制。这为能够为重型机械到大型电动车辆提供动力的移动电池打开了大门，甚至在恶劣环境中，如船舶、工厂或极端温度区域。 在实验室测试中，研究人员还尝试了如液态钙与固态铁和液态铋与铁的组合，浸入熔融盐中。这些系统在发电过程中保持了其内部结构的稳定，证实这不仅仅是一个科学奇观，而是新一代电池的坚实基础。 下一步和挑战 虽然铜和钽证明了这一原理，但由于其成本和可用性，它们并不是商业应用的理想材料。现在的挑战是找到更易获得和可持续的组合，以便扩大技术规模。 能源行业已经对这一创新表现出兴趣，特别是在以下领域： 热能存储。 间歇性可再生能源发电（太阳能和风能）。 工业电动移动性。 环境和社会影响 金属凝胶的发展可能带来超越能源效率的好处： 减少环境影响：比锂电池更易回收和耐用的电池。 偏远地区的分布式能源：为没有稳定电网接入的农村社区提供电气化。 可再生能源的稳定化：储存太阳能或风能的过剩以实现更高效的管理。 工业能源自主：利用钢铁厂或化工厂的余热为金属电池充电。 一种新的混合材料类别 金属凝胶的发现标志着一种新的混合材料类别的开始，应用超越电池领域。 如果能够在开发更经济和可持续的材料方面取得进展，这一创新可能在全球能源转型中发挥关键作用。

La 化学技术学位课程在托洛萨第8号技术学校（布宜诺斯艾利斯）因其独特项目而在拉普拉塔市议会获得特别表彰：通过回收废旧碱性电池生产漂白剂。 这一由毕业班学生开发的倡议，不仅为危险废物问题提供了解决方案，还促进了循环经济和应用化学的实践培训。 一个充满努力和承诺的项目 学生们解释说，这项工作需要额外的时间和巨大的奉献精神： “我们为这个项目付出了巨大的牺牲。这个认可让一切都值得。”他们指出。 目前，团队由Morena Ghisoli、Ariadna Fammelume、Fátima Farías、Santiago Del Curto、Máximo Alcoba、Hugo Aguirre 和 Santiago Leguizamón组成，他们每年都在寻求改进该程序。 倡议的起源和演变 该项目诞生于2022年，由同校毕业生、被称为“充满激情的教育者”的教师Diego Ruiz推动。在他的指导下，学生们参加了2023年的创新奖，获得了第二名。 2024年，在Ruiz去世后，年轻人决定继续以纪念他。在教师Fernando Araya的陪伴下，他们成功地赢得了比赛，获得了地方上的认可，并在市议会获得了表彰。 化学过程：从废旧电池到漂白剂 该过程包括： 提取黑色糊状物（二氧化锰）从电池中。 用盐酸进行化学处理，释放氯气。 利用该气体生产次氯酸钠，漂白剂的活性成分。 其余成分被再利用于生产肥料、生物柴油、焊接材料，甚至石墨烯。 获得的漂白剂由学生销售，所得款项用于学校合作社购买材料和防护设备。 实验室的安全和改进 由于处理有毒物质，该工作涉及风险。学生们用奖金购买了一个实验室通风橱，以减少暴露并提高安全性。 此外，他们强调该项目使他们能够学习组织、销售产品和团队合作，这些都是他们未来职业生涯的关键技能。 电池回收的重要性 该项目还旨在提高对普通垃圾中电池危险性的认识： 污染：一个电池可以污染多达167,000升水。 资源回收：可以回收利用铅、镍和锂等金属。 循环经济：促进再利用并减少新资源的开采。 减少危险废物：减少对垃圾填埋场和生态系统的影响。 持续性和市民参与 学生们希望新一代能够继续并完善该项目。此外，他们邀请社区参与： 将废旧电池带到学校（托洛萨，526街7号和8号之间）。 捐赠材料，如防毒面具、抽气机、反应玻璃或碳酸氢钠。 “我们对这个项目感到非常自豪。我们希望通过这个项目留下印记。”他们激动地表示。 教育和环境创新的典范 托洛萨第8号技术学校的项目展示了技术教育如何能够为环境问题提供实际解决方案，培养年轻人的科学能力，并促进负责任和可持续的生产模式。