随着人们对气候变化影响的关注日益增加，许多专家呼吁更多地使用电力来替代化石燃料。在电池技术进步的推动下，美国道路上的插电式混合动力和电动汽车数量正在增加。在大型电池存储系统的支持下，公共事业公司利用可再生燃料发电的份额也越来越大。

这些趋势，再加上电池供电的电话，手表，笔记本电脑，可穿戴设备和其他消费技术的不断增长，使我们产生疑问：所有这些电池一旦耗尽，将会发生什么？

尽管人们对廉价，功能强大和能量密集型电池充满了热情，但制造商却很少关注如何使这些设备更具可持续性。在美国，实际上只有约5％的锂离子电池（电动汽车和许多高科技产品选择的技术）被回收。随着电动汽车和科技产品的销售持续增长，目前尚不清楚如何更好的处理危险的电池废料。

作为致力于设计高级材料（包括电池）的工程师，我们认为现在考虑这些问题很重要。为电池制造商创造途径，以建立符合消费者和环境标准的可持续生产到回收的制造过程，可以减少未来十年电池浪费危机的可能性。

危险废料

电池比金属，塑料和纸制品面临更复杂的回收和处置挑战，因为它们包含许多有毒且难以分离的化学成分。

某些广泛使用的电池，尤其是汽油动力汽车中的铅酸电池，因为具有相对简单的化学设计，所以它们易于回收利用。可以为手电筒和烟雾报警器等普通的动力设备供电，不可充电碱性或水基电池可以直接放置在垃圾填埋场中。

但是，当今的锂离子电池非常先进，但是并非为回收利用而设计的。它们含有有害化学物质，例如有毒的锂盐和过渡金属，会破坏环境并渗入水源。废旧锂电池还包含嵌入的电化学能，即不再能为设备供电后会留下的少量电荷，这可能会引起火灾或爆炸，或伤害操作人员。

而且，制造商几乎没有经济动力来修改现有协议，纳入可回收利用的设计。如今，回收锂离子电池的成本超过其内部可回收材料的价值。

因此处理电池废料的责任常常落在第三方回收商那里，这些公司从收集和处理可回收资源中获利。通常，与处理和回收电池相比，存储电池便宜。

诸如火法冶金或燃烧，湿法冶金或酸浸等可破坏电池的回收技术正变得越来越有效和经济。但是缺乏适当的电池回收基础设施会在整个供应链中造成障碍。

例如，将用过的电池长距离运送到回收中心通常是用卡车完成的。锂电池必须根据美国运输部的9类危险材料规定进行包装和运输。使用由阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）开发的模型，我们估计此要求将运输成本增加到常规货物的50倍以上。

更安全更简单

虽然要在现有的常规锂离子电池制造中提高可回收性将是一个挑战，但至关重要的是开发固态电池的可持续实践，这个技术有望在本十年内进入市场。

固态电池用不可燃的无机固体电解质代替锂离子电池中的可燃有机液体电解质。这使电池可以在更宽的温度范围内运行，并大大降低了着火或爆炸的风险。我们的纳米工程师团队正在努力将可循环利用的便利性纳入下一代固态电池开发中，然后再将这些电池推向市场。

从概念上讲，可回收利用的电池必须安全搬运和运输，易于拆卸，制造具有成本效益并且对环境的危害最小。在分析了选项之后，我们在满足这些要求的下一代全固态电池中选择了特定的化学组合（MRS能源与可持续性，“完全可回收的全固态电池的可持续设计”）。

我们的设计策略减少了拆卸电池所需的步骤，并避免使用燃烧或有害化学物质，例如酸或有毒的有机溶剂。相反，它仅使用安全，低成本的材料，例如酒精和水循环利用技术。这种方法是可持续的并且对环境友好。它极大地简化了传统的电池回收过程，并使其可以安全拆卸和处理材料。

与回收锂离子电池相比，回收固态电池本质上更安全，因为它们完全由不易燃的部件制成。此外，在我们提出的设计中，整个电池可以直接回收，而无需将其分成单个组件。此功能大大降低了回收它们的复杂性和成本。

我们的设计是在实验室规模开发的概念验证技术。最终要由私营公司和公共机构（例如国家实验室或国有废物处理设施）在工业规模上应用这些回收原则。

电池回收规则

开发易于回收的电池只是一个步骤。与电池回收相关的许多挑战源于处理电池的复杂物流。建立收集电池的设施，法规和实践与开发更好的回收技术一样重要。中国，韩国和欧盟已经在开发电池回收系统和指令。

一个有用的方法是政府要求电池带有通用标签，类似于用于塑料和金属回收这样的被国际认可的标准标签。这些可以帮助指导消费者和废物收集者如何处理不同类型的废旧电池。

标记可以采取电子标签的形式，印刷在电池标签上，并带有嵌入式信息，例如化学类型，使用年限和制造商。使这些数据随时可用将有助于在废物处理设施中对大量电池进行自动分类。

大多数电池废料都不是在最初生产电池的地方产生的，这使制造商难以承担处理电池的责任。

这样将要求制造商和监管机构在可回收利用的设计和更好的收集基础设施上共同努力。通过面对现在这些挑战，我们相信将来有可能避免或减少电池浪费的有害影响。