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隨著電動(dòng)汽車(chē)的飛速普及，越來(lái)越多的家庭開(kāi)始選擇這種清潔環(huán)保的交通工具。有研究預(yù)測(cè)，到2030年，我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)保有量將達(dá)到一億輛左右。但這些汽車(chē)的電池使用壽命有限，一般5到8年后，這些電池就將集中“退役”，當(dāng)然具體壽命因電池類(lèi)型和使用條件而異。預(yù)計(jì)未來(lái)10到20年內(nèi)，全國(guó)每年退役的汽車(chē)電池可能會(huì)達(dá)到數(shù)百萬(wàn)塊。這些大量退役的電池將去往哪里？是成為污染環(huán)境的“電池垃圾場(chǎng)”，還是有可能變廢為寶，實(shí)現(xiàn)“退休再就業(yè)”呢？

等待報(bào)廢的退役新能源汽車(chē)

（圖片來(lái)源：新華網(wǎng)）

為什么說(shuō)廢舊電池其實(shí)是“城市礦產(chǎn)”？

電池退役并不是完全壞了，而是在使用幾年后，其儲(chǔ)存電量的能力（電池容量）逐漸降低。當(dāng)電池容量下降到原來(lái)容量的70%到80%左右時(shí)，就無(wú)法滿足汽車(chē)高性能的需求，這時(shí)候就需要更換了。不同類(lèi)型的電池壽命不同，一般來(lái)說(shuō)，磷酸鐵鋰電池使用時(shí)間稍長(zhǎng)，三元鋰電池的使用壽命稍短一些。

電動(dòng)汽車(chē)電池里含有鋰、鎳、鈷、錳等金屬元素，如果隨意丟棄或處理不當(dāng)，會(huì)污染土壤和地下水源，可能帶來(lái)環(huán)境與安全風(fēng)險(xiǎn)，需合規(guī)處置以降低風(fēng)險(xiǎn)。另外，這些電池中含有寶貴的金屬元素，如果不加以回收再利用，等于白白浪費(fèi)了珍貴的資源。因此，專(zhuān)家們把這些廢舊電池形象地稱(chēng)作“城市礦產(chǎn)”，視為一種寶貴的資源。

電池的回收再利用

（圖片來(lái)源：新華網(wǎng)）

科學(xué)家們提出了一種解決方法，就是“梯次利用”。所謂梯次利用，就是把這些退役但尚未完全失去儲(chǔ)能能力的電池，再放到對(duì)性能要求較低的場(chǎng)合去使用。例如，退役電池可以應(yīng)用在儲(chǔ)能電站、城市的路燈或家庭太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)里，實(shí)現(xiàn)“退休再就業(yè)”。這就像一個(gè)人從高強(qiáng)度的崗位上退休后，轉(zhuǎn)做其他相對(duì)輕松的工作。

雖然梯次利用的想法很好，但實(shí)際操作起來(lái)卻并不容易。首先，各地退役電池的數(shù)量、類(lèi)型都不統(tǒng)一，有些地區(qū)退役電池過(guò)剩，有些地區(qū)卻又電池不足，形成了資源浪費(fèi)。此外，目前還缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃，很多企業(yè)不愿意主動(dòng)去做回收和梯次利用，因?yàn)槌杀据^高，經(jīng)濟(jì)效益不明顯。此外，退役電池性能不一，將其安全地檢測(cè)、重組并再次利用，技術(shù)要求很高，需要建立嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)保障“再就業(yè)”電池的安全可靠性，部分企業(yè)和消費(fèi)者對(duì)梯次利用產(chǎn)品也持謹(jǐn)慎態(tài)度。目前，梯次利用的商業(yè)模式仍在不斷探索之中，尚需政策支持和技術(shù)突破來(lái)推動(dòng)其規(guī)?；涞亍Ｒ虼巳绾螐暮Ａ康耐艘垭姵刂泻Y選出適合梯次利用的電池，如何高效地收集和運(yùn)輸這些電池，以及如何在經(jīng)濟(jì)上實(shí)現(xiàn)盈利，都是擺在企業(yè)面前的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

等待回收利用的退役動(dòng)力電池

（圖片來(lái)源：新華網(wǎng)）

新研究如何預(yù)測(cè)電池的“退休時(shí)間表”？

為了解決這些現(xiàn)實(shí)難題，中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所蔡國(guó)田研究員、陳磊副研究員帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)，提出了一套全新的家用汽車(chē)電池全生命周期管理方法，通過(guò)科學(xué)模型和數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)來(lái)優(yōu)化電池的回收和再利用。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這套模型就像給每塊電池建立了一個(gè)詳細(xì)的“健康檔案”，從電池的生產(chǎn)開(kāi)始，就記錄下它的使用狀況、容量變化和退役后的去向，做到全程追蹤管理?？茖W(xué)家們基于這個(gè)檔案數(shù)據(jù)，可以預(yù)測(cè)出未來(lái)不同時(shí)間、不同地區(qū)的電池退役數(shù)量，從而提前做好回收利用規(guī)劃。

研究團(tuán)隊(duì)就像是電池的“職業(yè)規(guī)劃師”，專(zhuān)門(mén)研究這些“上了年紀(jì)”的電池該怎么“安度晚年”。我們發(fā)現(xiàn)，退役的電池其實(shí)也分“幾種退休方式”：

第一種是整車(chē)退役型；也就是電池和汽車(chē)一起退休。這類(lèi)電池陪著車(chē)子風(fēng)風(fēng)火火跑了好幾年，最后和“老伙計(jì)”一起光榮退休，屬于“正常離崗、順利退休型”。這時(shí)候，兩者一起被送去回收站，流程相對(duì)直接。

第二種是提前退休型；電池可能容量下降太快、性能掉得太狠，不得不提前“下崗”。但這時(shí)汽車(chē)還“健在”，得換新電池繼續(xù)跑。這種情況就需要單獨(dú)對(duì)電池安排后續(xù)——要么送去再就業(yè)，要么直接回收處理。

第三種是退休后再就業(yè)、最終徹底退休型；這類(lèi)電池離開(kāi)了電動(dòng)汽車(chē)崗位，但還能繼續(xù)“打零工”——比如在儲(chǔ)能站、路燈、家庭光伏系統(tǒng)中發(fā)揮余熱。直到無(wú)法滿足儲(chǔ)能需求時(shí)，才會(huì)徹底“退休”，進(jìn)入回收環(huán)節(jié)。

為了不讓每塊電池在退休路上“迷路”，科學(xué)家們?yōu)樗鼈兞可矶ㄖ屏瞬煌摹巴诵莘桨浮保河?jì)算其剩余使用價(jià)值、可使用時(shí)長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值及合適的去向。我們的目標(biāo)就是——讓每塊電池都“物盡其用，全程發(fā)揮價(jià)值”，發(fā)完最后一度電，再安心地“回爐重生”。

電池全生命周期流程圖

（圖片來(lái)源：研究團(tuán)隊(duì)提供）

研究流程為“省域時(shí)空-梯次適配-退役演化”，簡(jiǎn)單理解就是一張全國(guó)范圍的“電池退休時(shí)間表”和“再就業(yè)指南”?？茖W(xué)家們通過(guò)大量數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)出各個(gè)省份退役電池的時(shí)間、數(shù)量和類(lèi)型差異。比如廣東、江蘇等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)由于電動(dòng)車(chē)普及早，退役電池的高峰也更早到來(lái)，而西部地區(qū)可能會(huì)稍晚?；谶@些分析結(jié)果，科學(xué)家建議提前布局電池回收基地和梯次利用工廠，提升各地電池利用的精準(zhǔn)性和效率。

經(jīng)濟(jì)賬本：退役電池如何成為資源？

“電池職業(yè)規(guī)劃師”的工作不只是預(yù)測(cè)電池的“退休潮”，還要為這些退役電池找到最合適、最有價(jià)值的再利用方向。

我們?cè)O(shè)計(jì)了一套名為綜合成本效益分析模型的工具，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是給電池算一筆全生命周期“經(jīng)濟(jì)賬”：如果將電池拆解回收，需要投入多少成本？能提取出多少有價(jià)值的材料？如果讓它進(jìn)入儲(chǔ)能電站、光伏系統(tǒng)等“二次就業(yè)崗位”，又能產(chǎn)生多少經(jīng)濟(jì)效益？這些計(jì)算結(jié)果將直接決定電池是該繼續(xù)發(fā)揮余熱，還是直接回收處理。

研究還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)適合率先布局梯次利用產(chǎn)業(yè)集群，推動(dòng)回收利用的一體化發(fā)展。而在一些中西部省份，在市場(chǎng)機(jī)制尚未完全成熟的當(dāng)前階段，政府的引導(dǎo)和支持尤為關(guān)鍵——可通過(guò)提供政策補(bǔ)貼、鼓勵(lì)企業(yè)建設(shè)回收基地等方式，激活退役電池“再就業(yè)市場(chǎng)”，避免這些資源被閑置甚至造成污染風(fēng)險(xiǎn)。

電池退役只是其“職業(yè)生涯”的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，而不是終點(diǎn)。通過(guò)精細(xì)的測(cè)算與因地制宜的布局，每一塊電池都有望實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化，助力能源系統(tǒng)的綠色轉(zhuǎn)型，也為未來(lái)的可持續(xù)發(fā)展積蓄動(dòng)能。

需要指出的是，梯次利用雖然能讓退役電池繼續(xù)“發(fā)光發(fā)熱”，延長(zhǎng)它們的使用壽命，但現(xiàn)實(shí)中卻面臨不少技術(shù)挑戰(zhàn)和安全隱患。比如，不同來(lái)源的電池性能參差不齊，如何檢測(cè)、挑選和重新組合都很考驗(yàn)技術(shù)；再加上運(yùn)輸、存放和使用過(guò)程中，如果管理不到位，還可能存在安全風(fēng)險(xiǎn)。與此同時(shí)，梯次利用的經(jīng)濟(jì)收益并不算高，企業(yè)和用戶的積極性都不夠。正因如此，發(fā)展綠色、安全、高效的回收技術(shù)，確保電池里寶貴的金屬元素能夠被清潔提取、循環(huán)再生，才是實(shí)現(xiàn)真正環(huán)保閉環(huán)的關(guān)鍵一步。

動(dòng)力電池梯次利用流程圖

（圖片來(lái)源：研究團(tuán)隊(duì)提供）

總結(jié)

通過(guò)科學(xué)規(guī)劃電池的全生命周期，讓每塊電池在退休前都有盼頭，退休后有去處，晚年還能發(fā)光發(fā)熱，最后體面地“再回爐”，全程發(fā)揮價(jià)值，實(shí)現(xiàn)梯次利用與回收再生的綠色閉環(huán)。

通過(guò)我們團(tuán)隊(duì)的努力，每一塊退役電池都有機(jī)會(huì)獲得新生，實(shí)現(xiàn)“退休再就業(yè)”，而不再成為污染環(huán)境的負(fù)擔(dān)。這不僅對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)至關(guān)重要，也是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要路徑。正如科學(xué)家們所說(shuō)，每一塊電池的“再就業(yè)”，都是我們邁向綠色未來(lái)的重要一步。

出品：科普中國(guó)

作者：羅佳涵、陳磊、蔡國(guó)田（中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所）

監(jiān)制：中國(guó)科普博覽