【本報訊】在中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱「大連化物所」）能源催化轉化全國重點實驗室的實驗區內，該所研究員陳忠偉正凝視著螢幕上跳動的曲線。「這是剛再生的三元正極材料電池的迴圈曲線。用這種材料做成的電池，在充放電1000次之後，電量仍然能達到全新狀態的92%。」他指著曲線，話語中藏不住興奮。
近日，由陳忠偉團隊完全自主研發的連續化回收中試裝置，成功穩定運行並產出多批高品質再生正極材料。這一成果不僅驗證了回收技術的先進性，更標誌著再生材料從「可用」邁入了“更優”的全新階段。
從南京工業大學的一名青澀學子，到國際能源領域的傑出科學家，陳忠偉的科研之路，始終踐行著“全鏈條貫通”的創新理念。
提出閉環創新體系
在1992年高考時，陳忠偉選擇了南京工業大學矽酸鹽工程專業。「我當時就覺得，材料科學能通過設計物質的內在結構，從根本上解決能源和環境等領域面臨的諸多關鍵挑戰。」他回憶道。
「材料科學能從根本上解決能源和環境等領域的諸多關鍵挑戰」這一理念，也成為他今後30餘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，他與電池結下不解之緣。時刻關注產業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業的迅猛發展，動力電池的回收與資源安全將成為制約行業發展的關鍵。
「電池是能源的血液，回收就是血液的迴圈。」提起自己的研究內容，他常這樣比喻。2019年，他提出「從源頭到回收端的閉環創新體系」，並前瞻性地佈局人工智慧在電池領域的應用研究，構建電池全鏈條的研究體系，覆蓋電極設計、儲能機理和綠色再生全過程。
2022年，陳忠偉加盟大連化物所，擔任能源催化與轉化全國重點實驗室主任。他在大連化物所組建了170餘人的研發團隊，形成涵蓋材料、電池、系統的完整研究鏈條，同時佈局人工智慧，用AI賦能研究。
短短兩年間，團隊成果屢登國際頂級期刊，並服務於國家重點專案，為我國新能源技術的自主創新注入了強勁動力。
開發「一步法」電池回收工藝
如何實現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，他帶領團隊開發了基於人工智慧的電池健康狀態快速評估系統。“這套系統能夠在短時間內完成電池容量、功率、內阻等關鍵參數的檢測，準確判斷電池的剩餘價值，為不同狀態的退役電池找到最適合的二次應用場景。”他介紹。
在推進電池梯次利用的同時，陳忠偉帶領團隊創新開發了“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，流程複雜、能耗高、污染重。為突破瓶頸，陳忠偉團隊提出“選擇性浸出+共沉澱”策略，創新提出開發「一步法」電池回收工藝。這一工藝在一個連續反應體系中即可完成浸出、提取與前驅體再生。
對於當時的陳忠偉來說，這是一條從未有人嘗試過的道路。
「必須推倒重來，走‘可持續浸出+ 一步再生’的路子。」經過深思熟慮，陳忠偉將團隊分成材料、工藝和應用放大三組開展協同攻關。
攻關並非一帆風順。起初，團隊在電池正極材料再生技術方面取得實驗室階段突破，論文成果備受讚譽。然而，當他們滿懷信心地將技術推向公斤級的放大驗證時，失敗驟然出現。反應規模急劇放大後，熱量與物質傳遞不均，導致產品純度劇烈波動，批次合格率一度低至慘澹的20%。
面對困局，陳忠偉展現出其獨特的“全鏈條”思維。他並未糾結於在原有技術路線上修修補補，而是果斷帶領團隊“逆向溯源，重構工藝路徑”。
「失敗不是沒有收穫，而是排除了一條錯路。」每當攻關遇到困難，他總是這樣鼓勵情緒低落的團隊成員。
轉機出現在2024年底。當時，團隊發現，在無氧環境中，有機醋酸可在常溫下快速溶解正極材料，同時精准提取鎳、鈷、錳，萃取率超過99.8%，對鐵、銅等雜質的去除率超過97%。這種有機酸體系成本僅為傳統方法的五分之一，且可迴圈使用5次以上，真正實現低成本、無污染的綠色再生。
陳忠偉立刻帶領團隊乘勝追擊，自主設計出「連續流共沉澱反應器」，實現浸出液與沉澱劑的連續反應，讓正極前驅體在反應塔內直接生成。這使得傳統125小時的三步流程被壓縮至4小時，效率提升數十倍。
更多的驚喜接踵而至。他們將三步法應用於鈉電正極材料製備後，製作出的電池獲得了更長的壽命與更高的穩定性。「按儲能系統每月充放電5次計算，電池能用20年；用於電動車，則能用12年。」陳忠偉說，「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‘變廢為寶’。」
這項技術讓廢舊鋰離子電池的回收效率超過99%，成本降低近40%，污染水準顯著降低。而且再生材料性能與原生材料相當，有些指標甚至表現更優。
在這之後，陳忠偉又帶領團隊完成了從實驗室樣品到中試示範的跨越。他說：「科技創新只有嵌進產業鏈，才算真正落地。」如今，一步法技術已完成了預可研論證，為我國廢舊電池的規模化、綠色化回收提供了可複製的路徑。
實驗室成果在生產線上“開花”
「沒有‘橋樑’，實驗研究和成果轉化就像兩座‘孤島’。」在陳忠偉看來，電池回收不是單一技術問題，而是一項複雜的產業系統工程。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新，更著力推動實驗室成果走向產業化。
為了搭建前沿基礎研究與重大工程應用的橋樑，他推動團隊建立了涵蓋退役電池拆解、正極回收、再生製備、性能驗證到再利用的全鏈條技術體系，並引入生命週期評估與技術經濟分析，確保電池回收利用的每一步工作都符合綠色低碳理念。
「論文裡的曲線再漂亮，如果不能落地就是紙上談兵。」陳忠偉常對學生說。因此，在技術的研發階段，他就主動對接國內龍頭新能源企業，「國家需要什麼，我們就研究什麼」。
在陳忠偉的不懈“澆灌”下，實驗室中的「種子」逐漸在生產線上「開花結果」。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，已為多家電池企業提供再生材料，回饋都很好。”中試線負責人、大連化物所楊庭舟介紹，某儲能企業使用陳忠偉團隊研發的再生中鎳三元材料後，電池成本降低了32%，迴圈壽命提升了20%。
陳忠偉並不滿足。如今，他和團隊正與企業共同規劃千噸級示範線，推動形成“科研—示範—產業”聯動機制，構建動力電池回收與再生利用平臺。已建成的關鍵材料與技術中試基地、電芯與電池模組中試基地，為核心技術的工程化驗證和成果轉化提供了堅實支撐。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，助力我國佔據全球迴圈經濟領域的技術制高點。「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。【編輯:陸語】
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