中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（以下簡(jiǎn)稱“大連化物所”）能源催化轉(zhuǎn)化全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)，該所研究員陳忠偉正凝視著屏幕上跳動(dòng)的曲線?！斑@是剛再生的三元正極材料電池的循環(huán)曲線。用這種材料做成的電池，在充放電1000次之后，電量仍然能達(dá)到全新?tīng)顟B(tài)的92%。”他指著曲線，話語(yǔ)中藏不住興奮。
近日，由陳忠偉團(tuán)隊(duì)完全自主研發(fā)的連續(xù)化回收中試裝置，成功穩(wěn)定運(yùn)行并產(chǎn)出多批高品質(zhì)再生正極材料。這一成果不僅驗(yàn)證了回收技術(shù)的先進(jìn)性，更標(biāo)志著再生材料從“可用”邁入了“更優(yōu)”的全新階段。
從南京工業(yè)大學(xué)的一名青澀學(xué)子，到國(guó)際能源領(lǐng)域的杰出科學(xué)家，陳忠偉的科研之路，始終踐行著“全鏈條貫通”的創(chuàng)新理念。
提出閉環(huán)創(chuàng)新體系
在1992年高考時(shí)，陳忠偉選擇了南京工業(yè)大學(xué)硅酸鹽工程專(zhuān)業(yè)?！拔耶?dāng)時(shí)就覺(jué)得，材料科學(xué)能通過(guò)設(shè)計(jì)物質(zhì)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，從根本上解決能源和環(huán)境等領(lǐng)域面臨的諸多關(guān)鍵挑戰(zhàn)?！彼貞浀?。
“材料科學(xué)能從根本上解決能源和環(huán)境等領(lǐng)域的諸多關(guān)鍵挑戰(zhàn)”這一理念，也成為他今后30余年科研航程的指向標(biāo)。
在華東理工大學(xué)攻讀化學(xué)工程碩士學(xué)位期間，陳忠偉首次接觸到電化學(xué)。從此，他與電池結(jié)下不解之緣。時(shí)刻關(guān)注產(chǎn)業(yè)前沿的陳忠偉在攻讀博士學(xué)位期間敏銳地意識(shí)到，隨著新能源汽車(chē)和儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，動(dòng)力電池的回收與資源安全將成為制約行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。
“電池是能源的血液，回收就是血液的循環(huán)。”提起自己的研究?jī)?nèi)容，他常這樣比喻。2019年，他提出“從源頭到回收端的閉環(huán)創(chuàng)新體系”，并前瞻性地布局人工智能在電池領(lǐng)域的應(yīng)用研究，構(gòu)建電池全鏈條的研究體系，覆蓋電極設(shè)計(jì)、儲(chǔ)能機(jī)理和綠色再生全過(guò)程。
2022年，陳忠偉加盟大連化物所，擔(dān)任能源催化與轉(zhuǎn)化全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。他在大連化物所組建了170余人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，形成涵蓋材料、電池、系統(tǒng)的完整研究鏈條，同時(shí)布局人工智能，用AI賦能研究。
短短兩年間，團(tuán)隊(duì)成果屢登國(guó)際頂級(jí)期刊，并服務(wù)于國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目，為我國(guó)新能源技術(shù)的自主創(chuàng)新注入了強(qiáng)勁動(dòng)力。
開(kāi)發(fā)“一步法”電池回收工藝
如何實(shí)現(xiàn)電池價(jià)值最大化是陳忠偉一直在思考的問(wèn)題。
“首先要考慮梯次利用，其次是材料再生?！标愔覀フf(shuō)。為推動(dòng)電池梯次利用，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了基于人工智能的電池健康狀態(tài)快速評(píng)估系統(tǒng)?！斑@套系統(tǒng)能夠在短時(shí)間內(nèi)完成電池容量、功率、內(nèi)阻等關(guān)鍵參數(shù)的檢測(cè)，準(zhǔn)確判斷電池的剩余價(jià)值，為不同狀態(tài)的退役電池找到最適合的二次應(yīng)用場(chǎng)景?！彼榻B。
在推進(jìn)電池梯次利用的同時(shí)，陳忠偉帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)了“一步法”電池回收工藝。
過(guò)去，廢舊鋰離子電池回收通常依賴“溶解—萃取—除雜”三步法，流程復(fù)雜、能耗高、污染重。為突破瓶頸，陳忠偉團(tuán)隊(duì)提出“選擇性浸出+共沉淀”策略，創(chuàng)新提出開(kāi)發(fā)“一步法”電池回收工藝。這一工藝在一個(gè)連續(xù)反應(yīng)體系中即可完成浸出、提取與前驅(qū)體再生。
對(duì)于當(dāng)時(shí)的陳忠偉來(lái)說(shuō)，這是一條從未有人嘗試過(guò)的道路。
“必須推倒重來(lái)，走‘可持續(xù)浸出+ 一步再生’的路子?！苯?jīng)過(guò)深思熟慮，陳忠偉將團(tuán)隊(duì)分成材料、工藝和應(yīng)用放大三組開(kāi)展協(xié)同攻關(guān)。
攻關(guān)并非一帆風(fēng)順。起初，團(tuán)隊(duì)在電池正極材料再生技術(shù)方面取得實(shí)驗(yàn)室階段突破，論文成果備受贊譽(yù)。然而，當(dāng)他們滿懷信心地將技術(shù)推向公斤級(jí)的放大驗(yàn)證時(shí)，失敗驟然出現(xiàn)。反應(yīng)規(guī)模急劇放大后，熱量與物質(zhì)傳遞不均，導(dǎo)致產(chǎn)品純度劇烈波動(dòng)，批次合格率一度低至慘淡的20%。
面對(duì)困局，陳忠偉展現(xiàn)出其獨(dú)特的“全鏈條”思維。他并未糾結(jié)于在原有技術(shù)路線上修修補(bǔ)補(bǔ)，而是果斷帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)“逆向溯源，重構(gòu)工藝路徑”。
“失敗不是沒(méi)有收獲，而是排除了一條錯(cuò)路?！泵慨?dāng)攻關(guān)遇到困難，他總是這樣鼓勵(lì)情緒低落的團(tuán)隊(duì)成員。
轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在2024年底。當(dāng)時(shí)，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在無(wú)氧環(huán)境中，有機(jī)醋酸可在常溫下快速溶解正極材料，同時(shí)精準(zhǔn)提取鎳、鈷、錳，萃取率超過(guò)99.8%，對(duì)鐵、銅等雜質(zhì)的去除率超過(guò)97%。這種有機(jī)酸體系成本僅為傳統(tǒng)方法的五分之一，且可循環(huán)使用5次以上，真正實(shí)現(xiàn)低成本、無(wú)污染的綠色再生。
陳忠偉立刻帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)乘勝追擊，自主設(shè)計(jì)出“連續(xù)流共沉淀反應(yīng)器”，實(shí)現(xiàn)浸出液與沉淀劑的連續(xù)反應(yīng)，讓正極前驅(qū)體在反應(yīng)塔內(nèi)直接生成。這使得傳統(tǒng)125小時(shí)的三步流程被壓縮至4小時(shí)，效率提升數(shù)十倍。
更多的驚喜接踵而至。他們將三步法應(yīng)用于鈉電正極材料制備后，制作出的電池獲得了更長(zhǎng)的壽命與更高的穩(wěn)定性?！鞍磧?chǔ)能系統(tǒng)每月充放電5次計(jì)算，電池能用20年；用于電動(dòng)車(chē)，則能用12年?！标愔覀フf(shuō)，“這意味著退役鋰電正極不僅能再生，還能升級(jí)為下一代材料，真正實(shí)現(xiàn)‘變廢為寶’?！?/span>
這項(xiàng)技術(shù)讓廢舊鋰離子電池的回收效率超過(guò)99%，成本降低近40%，污染水平顯著降低。而且再生材料性能與原生材料相當(dāng)，有些指標(biāo)甚至表現(xiàn)更優(yōu)。
在這之后，陳忠偉又帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)完成了從實(shí)驗(yàn)室樣品到中試示范的跨越。他說(shuō)：“科技創(chuàng)新只有嵌進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈，才算真正落地?！比缃瘢徊椒夹g(shù)已完成了預(yù)可研論證，為我國(guó)廢舊電池的規(guī)模化、綠色化回收提供了可復(fù)制的路徑。
實(shí)驗(yàn)室成果在生產(chǎn)線上“開(kāi)花”
“沒(méi)有‘橋梁’，實(shí)驗(yàn)研究和成果轉(zhuǎn)化就像兩座‘孤島’。”在陳忠偉看來(lái)，電池回收不是單一技術(shù)問(wèn)題，而是一項(xiàng)復(fù)雜的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)工程。他不僅深耕燃料電池、鋰電池等下一代電化學(xué)能源體系的源頭創(chuàng)新，更著力推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室成果走向產(chǎn)業(yè)化。
為了搭建前沿基礎(chǔ)研究與重大工程應(yīng)用的橋梁，他推動(dòng)團(tuán)隊(duì)建立了涵蓋退役電池拆解、正極回收、再生制備、性能驗(yàn)證到再利用的全鏈條技術(shù)體系，并引入生命周期評(píng)估與技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，確保電池回收利用的每一步工作都符合綠色低碳理念。
“論文里的曲線再漂亮，如果不能落地就是紙上談兵。”陳忠偉常對(duì)學(xué)生說(shuō)。因此，在技術(shù)的研發(fā)階段，他就主動(dòng)對(duì)接國(guó)內(nèi)龍頭新能源企業(yè)，“國(guó)家需要什么，我們就研究什么”。
在陳忠偉的不懈“澆灌”下，實(shí)驗(yàn)室中的“種子”逐漸在生產(chǎn)線上“開(kāi)花結(jié)果”。大連化物所已建成噸級(jí)的再生正極材料中試線。“這條中試線運(yùn)行半年來(lái)，已為多家電池企業(yè)提供再生材料，反饋都很好?！敝性嚲€負(fù)責(zé)人、大連化物所楊庭舟介紹，某儲(chǔ)能企業(yè)使用陳忠偉團(tuán)隊(duì)研發(fā)的再生中鎳三元材料后，電池成本降低了32%，循環(huán)壽命提升了20%。
陳忠偉并不滿足。如今，他和團(tuán)隊(duì)正與企業(yè)共同規(guī)劃千噸級(jí)示范線，推動(dòng)形成“科研—示范—產(chǎn)業(yè)”聯(lián)動(dòng)機(jī)制，構(gòu)建動(dòng)力電池回收與再生利用平臺(tái)。已建成的關(guān)鍵材料與技術(shù)中試基地、電芯與電池模組中試基地，為核心技術(shù)的工程化驗(yàn)證和成果轉(zhuǎn)化提供了堅(jiān)實(shí)支撐。未來(lái)，該體系還將擴(kuò)展至磷酸鐵鋰、鈉離子電池等多類(lèi)型儲(chǔ)能材料，助力我國(guó)占據(jù)全球循環(huán)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的技術(shù)制高點(diǎn)?！拔覀兿Ｍ屆恳粔K退役電池都有‘第二次生命’?！标愔覀バχf(shuō)。
