中國儲能網(wǎng)訊：在中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱“大連化物所”）能源催化轉(zhuǎn)化全國重點實驗室的實驗區(qū)內(nèi)，該所研究員陳忠偉正凝視著屏幕上跳動的曲線?！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，電量仍然能達到全新狀態(tài)的92%?！彼钢€，話語中藏不住興奮。
近日，由陳忠偉團隊完全自主研發(fā)的連續(xù)化回收中試裝置，成功穩(wěn)定運行并產(chǎn)出多批高品質(zhì)再生正極材料。這一成果不僅驗證了回收技術(shù)的先進性，更標志著再生材料從“可用”邁入了“更優(yōu)”的全新階段。
從南京工業(yè)大學的一名青澀學子，到國際能源領(lǐng)域的杰出科學家，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，陳忠偉選擇了南京工業(yè)大學硅酸鹽工程專業(yè)?！拔耶敃r就覺得，材料科學能通過設(shè)計物質(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)?！彼貞浀馈?/span>
“材料科學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。
在華東理工大學攻讀化學工程碩士學位期間，陳忠偉首次接觸到電化學。從此，他與電池結(jié)下不解之緣。時刻關(guān)注產(chǎn)業(yè)前沿的陳忠偉在攻讀博士學位期間敏銳地意識到，隨著新能源汽車和儲能產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，動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)?！碧崞鹱约旱难芯績?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、儲能機理和綠色再生全過程。
2022年，陳忠偉加盟大連化物所，擔任能源催化與轉(zhuǎn)化全國重點實驗室主任。他在大連化物所組建了170余人的研發(fā)團隊，形成涵蓋材料、電池、系統(tǒng)的完整研究鏈條，同時布局人工智能，用AI賦能研究。
短短兩年間，團隊成果屢登國際頂級期刊，并服務(wù)于國家重點項目，為我國新能源技術(shù)的自主創(chuàng)新注入了強勁動力。
開發(fā)“一步法”電池回收工藝
如何實現(xiàn)電池價值最大化是陳忠偉一直在思考的問題。
“首先要考慮梯次利用，其次是材料再生。”陳忠偉說。為推動電池梯次利用，他帶領(lǐng)團隊開發(fā)了基于人工智能的電池健康狀態(tài)快速評估系統(tǒng)。“這套系統(tǒng)能夠在短時間內(nèi)完成電池容量、功率、內(nèi)阻等關(guān)鍵參數(shù)的檢測，準確判斷電池的剩余價值，為不同狀態(tài)的退役電池找到最適合的二次應(yīng)用場景?！彼榻B。
在推進電池梯次利用的同時，陳忠偉帶領(lǐng)團隊創(chuàng)新開發(fā)了“一步法”電池回收工藝。
過去，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，陳忠偉團隊提出“選擇性浸出+共沉淀”策略，創(chuàng)新提出開發(fā)“一步法”電池回收工藝。這一工藝在一個連續(xù)反應(yīng)體系中即可完成浸出、提取與前驅(qū)體再生。
對于當時的陳忠偉來說，這是一條從未有人嘗試過的道路。
“必須推倒重來，走‘可持續(xù)浸出+ 一步再生’的路子?！苯?jīng)過深思熟慮，陳忠偉將團隊分成材料、工藝和應(yīng)用放大三組開展協(xié)同攻關(guān)。
攻關(guān)并非一帆風順。起初，團隊在電池正極材料再生技術(shù)方面取得實驗室階段突破，論文成果備受贊譽。然而，當他們滿懷信心地將技術(shù)推向公斤級的放大驗證時，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，導致產(chǎn)品純度劇烈波動，批次合格率一度低至慘淡的20%。
面對困局，陳忠偉展現(xiàn)出其獨特的“全鏈條”思維。他并未糾結(jié)于在原有技術(shù)路線上修修補補，而是果斷帶領(lǐng)團隊“逆向溯源，重構(gòu)工藝路徑”。
“失敗不是沒有收獲，而是排除了一條錯路。”每當攻關(guān)遇到困難，他總是這樣鼓勵情緒低落的團隊成員。
轉(zhuǎn)機出現(xiàn)在2024年底。當時，團隊發(fā)現(xiàn)，在無氧環(huán)境中，有機醋酸可在常溫下快速溶解正極材料，同時精準提取鎳、鈷、錳，萃取率超過99.8%，對鐵、銅等雜質(zhì)的去除率超過97%。這種有機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，真正實現(xiàn)低成本、無污染的綠色再生。
陳忠偉立刻帶領(lǐng)團隊乘勝追擊，自主設(shè)計出“連續(xù)流共沉淀反應(yīng)器”，實現(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小時的三步流程被壓縮至4小時，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的壽命與更高的穩(wěn)定性?！鞍磧δ芟到y(tǒng)每月充放電5次計算，電池能用20年；用于電動車，則能用12年?！标愔覀フf，“這意味著退役鋰電正極不僅能再生，還能升級為下一代材料，真正實現(xiàn)‘變廢為寶’?！?/span>
這項技術(shù)讓廢舊鋰離子電池的回收效率超過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，有些指標甚至表現(xiàn)更優(yōu)。
在這之后，陳忠偉又帶領(lǐng)團隊完成了從實驗室樣品到中試示范的跨越。他說：“科技創(chuàng)新只有嵌進產(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，為我國廢舊電池的規(guī)?；?、綠色化回收提供了可復(fù)制的路徑。
實驗室成果在生產(chǎn)線上“開花”
“沒有‘橋梁’，實驗研究和成果轉(zhuǎn)化就像兩座‘孤島’?！痹陉愔覀タ磥?，電池回收不是單一技術(shù)問題，而是一項復(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能源體系的源頭創(chuàng)新，更著力推動實驗室成果走向產(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，他推動團隊建立了涵蓋退役電池拆解、正極回收、再生制備、性能驗證到再利用的全鏈條技術(shù)體系，并引入生命周期評估與技術(shù)經(jīng)濟分析，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。”陳忠偉常對學生說。因此，在技術(shù)的研發(fā)階段，他就主動對接國內(nèi)龍頭新能源企業(yè)，“國家需要什么，我們就研究什么”。
在陳忠偉的不懈“澆灌”下，實驗室中的“種子”逐漸在生產(chǎn)線上“開花結(jié)果”。大連化物所已建成噸級的再生正極材料中試線。“這條中試線運行半年來，已為多家電池企業(yè)提供再生材料，反饋都很好?！敝性嚲€負責人、大連化物所楊庭舟介紹，某儲能企業(yè)使用陳忠偉團隊研發(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，他和團隊正與企業(yè)共同規(guī)劃千噸級示范線，推動形成“科研—示范—產(chǎn)業(yè)”聯(lián)動機制，構(gòu)建動力電池回收與再生利用平臺。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)的工程化驗證和成果轉(zhuǎn)化提供了堅實支撐。未來，該體系還將擴展至磷酸鐵鋰、鈉離子電池等多類型儲能材料，助力我國占據(jù)全球循環(huán)經(jīng)濟領(lǐng)域的技術(shù)制高點。“我們希望讓每一塊退役電池都有‘第二次生命’。”陳忠偉笑著說。
