赵文华，孟繁荣，罗耀华
哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨150001
信息技术的发展，特别是移动通信及笔记本电脑等的迅速发展，迫切要求电池小型化、轻型化、长服务时间、长工作寿命和免维护；特别是环境保护呼声越来越高，这就要求电池本身无毒和无污染，因此，新型绿色环保电池将在发展电子信息、新能源及环境保护等面向21世纪的重大技术领域中具有举足轻重的地位和作用 。
但是，近年来对废电池的管理问题日益引起公众、媒体和环境管理部门等多方面的重视。废电池中含有大量的重金属、酸、碱等物质，渗漏到环境中，可能对环境造成很大的危害。因此，加强废电池的环境无害化管理是非常必要又迫切的 。
1 几种废电池的回收与再生产
电池中含有的主要污染物质包括大量的重金属以及酸、碱等电解质溶液。其中重金属主要有：镉、铅、汞、镍、锌、锰等。其中，镉、汞、铅对于环境和人体健康有较大危害。对环境和人体健康危害较大的废电池类别主要为 ：
1）含汞电池，主要是氧化汞电池，部分汞含量较高的锌锰和碱锰干电池；
2）铅酸蓄电池；
3）含镉电池，主要是CdNi电池。
以下，将分别针对废铅酸蓄电池及镉镍电池的回收及再生产做具体分析。
1.1 铅酸蓄电池的回收与再生产
铅酸蓄电池是世界上各类电池中产量最大、用途最广的一种，它所消耗的铅约占全球总耗铅量的82％。我国铅酸蓄电池工业于上世纪80年代进入了蓬勃发展时期，随着国民经济的发展，其市场不断扩大，以汽车、摩托车及电力、通讯为主要对象。到上世纪90年代，我国铅酸蓄电池年产量已超过30GAh。近年来，电动汽车等无烟交通工具的开发，将使铅酸蓄电池有更大的发展。但是，铅酸蓄电池产量越大，报废更新的也越多。从环保的角度来看，铅酸蓄电池也是对环境、人类健康危害最大的一种电池，如不采取较完善的回收制度，随意抛置的废铅酸蓄电池所分解出的重金属和有毒废液会对生态平衡和人体健康造成严重威胁。铅的急性或慢性摄入人体，会造成神经代谢、生殖及精神等方面的疾病，严重时可导致死亡 。
废铅酸蓄电池是固体废物中的危险者，应遵循分类管理、强制处置，对其收集、转运、贮存、处理等重点环节要有严格要求和重点控制，以集中处置的原则进行管理。再生铅工业是我国在重视环境保护和充分利用金属再生资源的情况下逐步发展起来的新兴产业。随着我国汽车工业、通讯和化学工业的迅速发展，对铅的需求不断提高。这样，既扩大了再生铅的消费市场，又因为蓄电池消费量的增大而导致废蓄电池的增多，使再生铅工业有了更多的原料来源。我国再生铅工业正处于非常有利的发展时期 。
国外在对废铅酸蓄电池的处理上也有相应的技术，发达国家主要采用机械破碎分选和对含硫铅膏进行脱硫等预处理技术，再分别采用火法、湿法、干湿联合法工艺回收铅及其它有价物质。废蓄电池经预处理后再回收利用铅，既减轻了工人的劳动强度，又减少了进炉的物料量，提高了炉料的铅品位，从而减少了烟气量、弃渣量、烟尘量、能耗、二氧化硫排放量，提高金属回收率、工效、产能 。
1.2 镉镍废电池的回收工艺
20世纪80年代以来，移动电话、笔记本电脑等便携式电子产品发展很快。这类电子产品所使用的镉镍电池的数量也相应迅速增加。虽然金属氢化物－镍电池有着镉镍电池无可比拟的优点，但其价格阻碍了其取代镉镍电池的步伐，镉镍电池仍占有接近一半的市场份额。镉镍电池中的镉是对人体和动植物都有严重毒害作用的元素，镍、钴也都是污染环境的重金属元素。同时，由于镉主要是作为锌冶炼的副产品生产的，来源非常有限。镍和钴也都是价值非常高的有色金属。因此，对镉镍废电池如不加以回收，不但会给环境带来严重的威胁，也是资源的重大浪费 。
关于镉镍废电池的回收和分离，已有多项专利技术发表。典型的方法是，先用H2SO4将电池完全侵入到溶液中，然后采用下列方法分离镉和镍 ：
1）通过电解使镉在阴极电沉积。这种方法要求使用的电流密度较低，必须严格控制，以防止镍的电沉积，因此这种方法效率低，成本较高。
2）用铝粉分段置换沉淀镉和镍，所回收的镉和镍纯度较低。
3）用NH4HCO3选择性地沉淀CdCO3。这种方法在加入NH4HCO3的同时还须加入大量的（NH4）2SO4，使镍离子形成镍氨络离子以降低镍的沉淀量 。
另外，必须对过程严格控制。以防止NH4HCO3的分解。
2 新型绿色环保电池
新型绿色环保电池是指近年来已投入使用或正在研制开发的一类高性能、无污染电池。目前已经大量使用的金属氢化物镍蓄电池、锂离子蓄电池、正在推广使用的无汞碱性锌锰原电池和可充电电池以及正在研制开发的聚合物锂或锂离子蓄电池、燃料电池、电化学贮能超级电容器、目前已广泛应用的利用太阳能进行光电转换的太阳电池（又称光伏发电）等都属于这一范畴 。
金属氢化物镍蓄电池（MH-Ni）与镉镍蓄电池（Cd-Ni）有相同的工作电压（1.2V），但由于采用稀土合金或TiNi合金贮氢材料作为负极活性物质，取代了致癌物质镉，不仅使这种新型电池成为一种绿色环保电池，而且使电池的比能量提高了近40％，达到60～80Wh/kg和210～240Wh/L。
锂离子蓄电池由可使锂离子嵌入及脱嵌的碳负极、可逆嵌锂的金属氧化物正极（LiCoO2、LiNiO2或LiMn2O4）和有机电解质构成，其工作电压为3.6V，因此1个锂离子电池相当于3个镉镍或金属氢化物镍电池。这种电池的比能量可以超过100Wh/kg和280Wh/L，又大大超过了金属氢化物镍蓄电池的比能量 。
碱性锌锰干电池较同尺寸普通干电池具有更高的容量，并具有大电流放电能力。近年来已应用了无汞锌粉，因此使这种电池成为一种绿色电池，并成为原电池中的主流产品。这种电池保持了原电池的放电特性，而且能再充电使用几十次至几百次 。
聚合物锂蓄电池（也称为塑料锂蓄电池）是金属锂为负极，导电聚合物作电解质的新型电池，其比能量已达到170Wh/kg和350Wh/L。聚合物锂离子蓄电池（也称为塑料锂离子电池）则是将目前锂离子蓄电池中的有机电解液贮存于一种聚合物膜中，或是使用导电聚合物为电解质，使电池中无游离电解液。这种电池可以用铝塑料复合膜实现热压封装，具有质量轻、形状可任意改变、安全性更好的特点 。
燃料电池则是一种利用燃料（如氢气或含氢燃料）和氧化剂（如纯氧或空气中的氧）直接连续发电的装置，由于避开了卡诺循环的限制，这种发电装置不仅效率高（电化学反应转换效率可高达40％以上），且无污染气体排出，因此是未来的高效、清洁发电方式，也是电动汽车理想的动力源 。
太阳电池是依据半导体p-n结的光电效应原理，利用太阳能发电的器件。根据用户对功率的要求，由这种器件构成组件或方阵成为发电装置。显然这种发电方式具有其他发电方式不可比拟的优点：无需燃料、无污染、无噪声、运行简单可靠、少维护、建设周期短，因此，光伏发电是未来世界新能源中最有希望的一种 。
新型绿色环保电池在满足现代化军事装备及武器、交通运输、办公自动化、矿产探查、石油钻井、医疗器械乃至家用电器等与国民经济和人们生活息息相关的领域中的需求方面，也具有非常重要的地位和作用 。
3 结语
从以上分析可以看出，资源综合利用是解决资源短缺、治理环境的有效办法，也是关系到有效资源可持续利用的大问题。而新型绿色环保电池技术已经在国际上被公认为应优先发展的技术。因此，结合中国的国情，加速发展新型绿色环保电池技术及相应产业已是刻不容缓的任务。
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