電池與環(huán)境的探討

信息技術的發(fā)展，特別是移動通信及筆記本電腦等的迅速發(fā)展，迫切要求電池小型化、輕型化、長服務時間、長工作壽命和免維護；環(huán)境保護呼聲越來越高，這就要求電池本身無毒和無污染，因此，新型綠色環(huán)保電池將在發(fā)展電子信息、新能源及環(huán)境保護等面向21世紀的重大技術領域中具有舉足輕重的地位和作用。

但是，近年來，廢電池的環(huán)境管理問題日益引起公眾、媒體和環(huán)境管理部門等多方面的重視。廢電池中含有大量的重金屬、酸、堿等物質，滲漏到環(huán)境中，可能對環(huán)境造成很大的危害。因此，加強廢電池的環(huán)境無害化管理是非常必要又迫切的。

1幾種廢電池的回收與再生產

電池中含有的主要污染物質包括大量的重金屬以及酸、堿等電解質溶液。其中重金屬主要有：鎘、鉛、汞、鎳、鋅、錳等。其中，鎘、汞、鉛對于環(huán)境和人體健康有較大危害。對環(huán)境和人體健康危害較大的廢電池類別主要為：（1）含汞電池，主要是氧化汞電池，部分汞含量較高的鋅錳和堿錳干電池；（2）鉛酸蓄電池；（3）含鎘電池，主要是Cd-Ni電池。

以下，將分別針對鉛蓄電池及鎘鎳廢電池的回收及再生產做具體分析，

1.1鉛蓄電池的回收與再生產

鉛酸蓄電池是世界上各類電池中產量最大、用途最廣的一種電池，它所消耗的鉛占全球總耗鉛量的82%。我國鉛酸蓄電池工業(yè)本世紀80年代進入蓬勃發(fā)展時期，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，其市場將不斷擴大，以汽車、摩托車及電力、通訊為主要對象。到90年代，我國鉛酸蓄電池年產量3000多萬kWh。近年來，電動汽車等無煙交通工具的開發(fā)，會是鉛蓄電池有更大的發(fā)展。鉛酸蓄電池產量越大，報廢更新的鉛酸蓄電池越多。從環(huán)保的角度來看，鉛酸蓄電池也是對環(huán)境、人類健康危害最大的一種電池，如不采取較完善的回收制度，隨意拋置的廢鉛酸蓄電池所分解出的重金屬和有毒廢液會對生態(tài)平衡和人體健康造成嚴重威脅。鉛的急性或慢性攝入人體，會造成神經(jīng)代謝、生殖及精神等方面的疾病，嚴重時可導致死亡。

廢鉛蓄電池是固體廢物中的危險廢物，應遵循分類管理、強制處置，對其收集、轉運、貯存、處理等重點環(huán)節(jié)要有嚴格要求和重點控制，以集中處置的原則進行管理。再生鉛工業(yè)是我國在重視環(huán)境保護和充分利用金屬再生資源的情況下逐步發(fā)展起來的新興產業(yè)。隨著我國汽車工業(yè)、通訊和化學工業(yè)的迅速發(fā)展，對鉛的需求不斷提高。這樣，既擴大了再生鉛的消費市場，又因為蓄電池消費量的增大而導致廢蓄電池的增多，使再生鉛工業(yè)有了更多的原料來源。我國再生鉛工業(yè)正處于非常有利的發(fā)展時期。

國外在對廢鉛蓄電池的處理上也有相應的技術，發(fā)達國家主要采用機械破碎分選和對含硫鉛膏進行脫硫等預處理技術，再分別采用火法、濕法、干濕聯(lián)合法工藝回收鉛及其它有價物質，廢蓄電池經(jīng)預處理后再回收利用鉛，既減輕了工人的勞動強度，又減少了進爐的物料量，提高了爐料的鉛品位，從而減少了煙氣量、棄渣量、煙塵量、能耗、二氧化硫排放量，提高金屬回收率、工效、產能。

1.2鎘鎳廢電池的回收工藝

20世紀80年代以來，移動電話、筆記本電腦等便攜式電子器材發(fā)展很快。這類電子器材所使用的鎘鎳電池的數(shù)量也相應迅速增加。雖然金屬氫化物-鎳電池有著鎘鎳電池無可比擬的優(yōu)點，但其價格阻礙了其取代鎘鎳電池的步伐，鎘鎳電池仍占有接近一半的市場份額。鎘鎳電池中的鎘是對人體和動植物都有嚴重毒害作用的元素，鎳、鈷也都是污染環(huán)境的重金屬元素。同時，由于鎘主要是作為鋅冶煉的副產品生產的，來源非常有限。鎳和鈷也都是價值非常高的有色金屬。因此，對鎘鎳廢電池如不加以回收，不但會給環(huán)境帶來嚴重的威脅，也是資源的重大浪費。

關于鎘鎳廢電池的回收和分離，已有多項專利技術發(fā)表。典型的方法是，先用H2SO4將電池完全侵入到溶液中，然后采用下列方法分離鎘和鎳：（1）通過電解使鎘在陰極電沉積。這種方法要求使用的電流密度較低，必須嚴格控制，以防止鎳的電沉積，因此這種方法效率低，成本較高。（2）用鋁粉分段置換沉淀鎘和鎳，所回收的鎘和鎳純度較低。（3）用NH4HCO3選擇性地沉淀CdCO3。這種方法在加入NH4HCO3的同時還須加入大量的（NH4）2SO4，使鎳離子形成鎳氨絡離子以降低鎳的沉淀量。另外，必須對過程嚴格控制。以防止NH4HCO3的分解。

2新型綠色環(huán)保電池

新型綠色環(huán)保電池是指近年來已投入使用或正在研制開發(fā)的一類高性能、無污染電池。目前已經(jīng)大量使用的金屬氫化物鎳蓄電池、鋰離子蓄電池、正在推廣使用的無汞堿性鋅錳原電池和可充電電池以及正在研制開發(fā)的聚合物鋰或鋰離子蓄電池、燃料電池、電化學貯能超級電容器、目前已廣泛應用的利用太陽能進行光電轉換的太陽電池（又稱光伏發(fā)電）等都屬于這一范疇。

金屬氫化物鎳蓄電池（MH-Ni）與鎘鎳蓄電池（Cd-Ni）有相同的工作電壓（1.2V），但由于采用稀土合金或TiNi合金貯氫材料作為負極活性物質，取代了致癌物質鎘，不僅使這種新型電池成為一種綠色環(huán)保電池，而且使電池的比能量提高了近40%，達到60-80 Wh/kg和210-240 Wh/L。

鋰離子蓄電池由可使鋰離子嵌入及脫嵌的碳負極、可逆嵌鋰的金屬氧化物正極（LiCoO2、LiNiO2或LiMn2O4）和有機電解質構成，其工作電壓為3.6V，因此1個鋰離子電池相當于3個鎘鎳或金屬氫化物鎳電池。這種電池的比能量可以超過100Wh/kg和280Wh/L，又大大超過了金屬氫化物鎳蓄電池的比能量。

堿性鋅錳干電池較同尺寸普通干電池具有更高的容量，并具有大電流放電能力。近年來已應用了無汞鋅粉，因此使這種電池成為一種綠色電池，并成為原電池中的主流產品。這種電池保持了原電池的放電特性，而且能再充電使用幾十次至幾百次。

聚合物鋰蓄電池（也稱為塑料鋰蓄電池）是金屬鋰為負極，導電聚合物作電解質的新型電池，其比能量已達到170Wh/kg和350Wh/L。聚合物鋰離子蓄電池（也稱為塑料鋰離子電池）則是將目前鋰離子蓄電池中的有機電解液貯存于一種聚合物膜中，或是使用導電聚合物為電解質，使電池中無游離電解液。這種電池可以用鋁塑料復合膜實現(xiàn)熱壓封裝，具有質量輕、形狀可任意改變、安全性更好的特點。

燃料電池則是一種利用燃料（如氫氣或含氫燃料）和氧化劑（如純氧或空氣中的氧）直接連續(xù)發(fā)電的裝置，由于避開了卡諾循環(huán)的限制，這種發(fā)電裝置不僅效率高（電化學反應轉換效率可高達40%以上），且無污染氣體排出，因此是未來的高效、清潔發(fā)電方式，也是電動汽車理想的動力源。

太陽電池是依據(jù)半導體p-n結的光電效應原理，利用太陽能發(fā)電的器件。根據(jù)用戶對功率的要求，由這種器件構成組件或方陣成為發(fā)電裝置。顯然這種發(fā)電方式具有其他發(fā)電方式不可比擬的優(yōu)點：無需燃料、無污染、無噪聲、運行簡單可靠、少維護、建設周期短，因此，光伏發(fā)電是未來世界新能源中最有希望的一種。

新型綠色環(huán)保電池在滿足現(xiàn)代化軍事裝備及武器、交通運輸、辦公自動化、礦產探查、石油鉆井、醫(yī)療器械乃至家用電器等與國民經(jīng)濟和人們生活息息相關的領域中的需求方面，也具有非常重要的地位和作用。

3結束語

從以上分析可以看出，資源綜合利用是解決資源短缺、治理環(huán)境的有效辦法，也是關系到有效資源可持續(xù)利用的大問題。而新型綠色環(huán)保電池技術已經(jīng)在國際上被公認為應優(yōu)先發(fā)展的技術。因此，結合中國的國情，加速發(fā)展新型綠色環(huán)保電池技術及相應產業(yè)已是刻不容緩的任務。