【《动力电池的组分分析综述》2200字】

动力电池的组分分析综述电池种类很多,不同组分特点不同,电池虽有回收价值,但同时也有危害环境的成分。电池的组份分析为后续回收工作奠定基础，对回收时区分再利用物质和有害物质有帮助，在回收时对不同组分进行分别处理可减轻环境的污染。回收工作中，如果可以做到有目标的回收电池中可以重复使用的成分，而通过不同的方法处理污染物可做到资源再生来减少浪费还可以对环境保护工作作出贡献，一举两得。本文认为若回收者对电池组分有充分了解后同样可以提高工作效率，增大回收价值。本文会对相关主流电池成分的研究进行分析从而确定回收目标。黄REF_Ref99827103\r\h[54]通过对电池的拆分研究发现，镍铬电池主要成分包括正负极材料占据电池成分的1/2以上，本文认为回收工作需对电极材料充分了解，研究发现这种镍铬电池外层通常是塑料和一些金属铁制成的，通过带有孔隙的金属铁来携带负极成分，正极成分则包括在电池内部且正极成分含量大于负极成分，黄REF_Ref99827108\r\h[55]对电池进行拆解后发现正极负极成分是通过压制蜷曲在电池内部的正负极材料通过化学反应完成充放电过程。研究发现负极材料成分一般是氧化镉或是粉状的镉REF_Ref99827113\r\h[56]。其中粉状的格在反应中表现更好，密度更高。研究者通过微观设备对材料进行观察发现负极材料的内部结构。主要是片状的正极材料的粉末微观状态则为球状的其宏观状态表现出黑色粉末。图2-1宏观状态下正极粉末示意图对镍氢电池的拆解发现其负极材料主要是一种储氢的金属，对比其内部结构发现两种电池形状基本相同。其正极材料为带有孔隙的镍压板。黄REF_Ref99827171\r\h[57]等研究者对两种电池的电极材料进行了鉴定结果表明两种电池的电极材料具有相似的化学性质，不管是以何种材料作为正负极成分其使用性能区别不大。化学反应上是以催化剂催化正负极发生反应来进行的，在化学反应发生时会出现氧化镍；氢氧化物；钾；等成分，还有一些催化剂成分。镍氢电池负极材料发生反应则出现猛；稀土；铝；钴；钛；铬等多重金属成分，但金属元素相互混杂后期回收时分别回收的可能性不大。同时发现电池中氢氧化物成分较多，通过对张澄REF_Ref99827176\r\h[58]等实验的数据的总结发现，在相同条件下多次反应实验中氢氧化物等损失大约平均在12%左右，不同温度条件下金属氢氧化物的损失是不一样的，物质损失随着温度的升高而降低，当温度在200度左右其损失为20%左右，将温度提高至500度时其损失再次降低10%，将温度提高至800度时其损失再次降低2%，本文结合多种数据进行分析如2-1温度对金属元素损耗的影响变化图所示。图2-2温度对金属元素损耗的影响变化图由此本文认为∶从低温度升至高温度在200到500区间内损失降低的幅度较大，温度升至500度以上时其损失下降幅度减小，所以在实际回收工作操作中将温度控制在500～600度左右最为划算这样既可以避免能量的浪费同时又可以减轻回收时金属物质的损失。有研究者选取了多种主流电池形式对实验电池所含金属元素成分占比进行了分析平均结果显示∶铬金属平均占电池总成分的18%左右；镍金属平均占成分的20%左右；铁金属平均占成分的33%左右，剩余一些金属占比较低就不易进行回收了，占比较低的金属是钴金属；铈金属和钕金属等。以镍氢电池为例,金属占比最高的三种金属为铁，钴，镍总为金属含量的1/2以上，其中还有一些锰金属，镍这种金属占比达到了40%。铁和钴金属占比约为25%锰金属只占总成分的3%左右相对较少本文对各种电池金属占比进行了统计如表2-1所示表2-1电池极板金属成分统计表金属含量百分比镍氢极板镍镉极板Fe16.137.0Ni36.018.2Co3.61.3Zn1.10.6Cu0.30.2Cr无24.7Mg4.3无K5.10.6其他稀有金属4.50.1通过统计计算发现：镍氢极板中可回收金属总量为71%，镍镉极板中可回收金属总量更高达到81.7%，两种材料中可回收金属种类基本一致，回收时可主要针对Fe；Ni成分进行，Co;Mg;K；其他稀有金属等几种金属的总量占比分别为17.2%和1.0%,镍氢极板含量比镍镉极板含量差距在15.2%左右。在回收基数小时会导致成本高，回收的经济价值低；当回收形成一定规模时，含量小的高价金属才能带来回收价值，另外值得注意的是对稀有金属进行回收时镍氢极板价值更高，镍镉极板则没有回收价值。考虑到回收时会产生环境影响，镍氢极板中则没有Cr成分，减少了污染物处理的成本。两种电池的Ni金属成分占比都较高，分别为36%和18.2%，所以本文认为既要了解到电池组分中的绿色成分，又要认识到组分中的污染成分才能更好地在完成回收的同时优化回收方法，促进行业发展降低成本取得相应的利益。实验证明通过蒸馏等方式镍铬电池在活性炭的催化下以真空环境进行分离，加热温度达到680.9k时电池开始失水，失水导致电池内部体积减小，对电池继续进行加温。当温度在680.9的基础上再升高341.1度时电池中的物质开始气化，注意到金属镉以气体的形式挥发，挥发时间大约持续一个小时，继续进行蒸馏且再次将温度升高发现系统内的体积基本不变而且金属挥发量减少。蒸馏大约80分钟后，发现极板成分重量减少，且主要流失的是金属镉气体，蒸馏的最佳温度为730k左右，继续升高温度对气体挥发速度影响减小。图2-3镉金属挥发量随时间温度的变化曲线通过数据分析发现加热时间一小时温度控制在730～1000k左右，可以使化合物大量气化基本可以去除电池中的有害物质，继续加热并提高温度意义不大，温度为回收主要变量，时间因素次要，另外催化剂剂量也会对回收效果产生影响，电池中的有害物质有实验证明温度在1000k左右；加热时间1.0小时；