科学家首次合成具有拓扑性质石墨烯纳米带,世界仍需要草甘膦

科学家首次合成具有拓扑性质石墨烯纳米带

电动汽车电池回收:看上去很美,做起来很难

判决后,世界仍需要草甘膦

首届颠覆性创新百强榜项目征集启动

本报讯8月22日,记者从上海交通大学获悉,该校物理与天文学院特别研究员王世勇与瑞士、德国、美国科学家合作,首次合成具有拓扑性质的石墨烯纳米带。相关成果近日发表于《自然》杂志。

■本报记者 贡晓丽

一周之内,美国加利福尼亚高级法院陪审团在一场与癌症相关的案件中对孟山都公司作出了2.89亿美元赔偿的裁决;巴西一位联邦法官下达了停止使用除草剂的裁定以解决健康问题。这些事件似乎预示着草甘膦的审判日已经到来。

新华网北京8月22日电
日前,全国首届“创世技”颠覆性创新百强榜评选活动项目征集专题页正式在双创在线发布,项目征集期为8月15日-9月15日。

在物理学中,拓扑是物质的一个基本属性。拓扑材料具有传统材料不具备的新颖物理性。比如,此类材料的导电边缘由于受到材料本征的拓扑性质保护,往往可以无视缺陷的存在而仍然显示导电性质,因此可用于设计无耗散的电子器件,具有巨大的应用前景。王世勇告诉《中国科学报》记者,他们首次制备出具有拓扑性质的一维石墨烯纳米带,并且探测到石墨烯材料的拓扑性质。

8月1日,《新能源汽车动力蓄电池回收利用溯源管理暂行规定》(以下简称《暂行规定》)正式实施,动力电池退役潮即将到来的气氛遍布业内,而车企、电池厂以及环保产业相关企业也纷纷高调布局,动力电池回收领域一时间备受关注,好不热闹。

但更引人注目的新闻是孟山都公司的业绩,这家公司已经瞄准目标努力了几十年,直到不久前被德国拜耳公司以660亿美元的价格收购。几天前,拜耳股价还担心因旷日持久的诉讼战而暴跌,但孟山都公司自因除草剂和转基因作物成为现代农业的一个关键部分以来,已经承受住了这类风暴。

本次评选活动由中国科协企业创新服务中心组织,腾讯、阿里巴巴、百度、新华网、赛迪、德勤中国、优客工场、清华大学国家文化产业研究中心、国际欧亚科学院中国科学中心、中国科学院文献情报中心、中国投资协会股权和创业投资专业委员会、创业黑马、燕清联合等13家单位联合发起。在全国范围内首次组织开展的颠覆性创新百强榜评选活动,将通过评选发现颠覆性创新人才,支持颠覆性创新项目发展。

石墨烯纳米带作为准一维的石墨烯纳米结构,由于量子限域效应和边界效应,其电子结构与宽度和边缘结构密切相关。尽管理论研究表明石墨烯纳米带能展现一系列奇异的电、磁、拓扑特性,但迄今为止仅有很少的理论预言得到了确定性的实验证实。

但记者采访发现,从动力电池的回收方式、政策法规、经济效益等方面来看,动力电池回收行业的成熟度还处于比较初级的阶段,远不如看上去那么热闹和光鲜。

尽管包括美国环境保护署在内的世界各地的监管机构都表示草甘膦不会致癌,但法国国际癌症研究机构在2015年将这种化学物质标记为“可能致癌物”,由此打开了这类诉讼的大门。

本次创新榜面向具备颠覆性创新特征的科研、产品和商业模式项目三个类目,征集项目涉及节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料、新能源汽车、互联网等战略性新兴产业八大领域。

研究人员基于“自下而上”表面合成途径,通过选择不同的分子前驱物,对纳米结构的宽度、形状及掺杂实现精确调控,实现了原子级精确的石墨烯纳米结构。超高分辨原子力显微镜成像技术确定了合成出来的纳米带化学结构,验证了相关合成方法高度可控。扫描隧道微分谱技术确定了石墨烯纳米带的拓扑性质,相关结果和理论高度吻合。

“电池尤其是动力电池回收其实是一个比较复杂的过程,需要前期实践的摸索,来验证哪种回收方法相对可行。”中国汽车流通协会汽车市场研究分会秘书长崔东树在回答《中国科学报》记者提出的为何现在才开始实施《暂行规定》的问题时说,在2013年开始推广新能源车时,以公共车辆尤其是公交车等产品为主,“所以即使新能源车电池寿命以5年为期,但由于数量少,产品的回收也比较简单,所以通过正常的行政体系或者企业的自主行为就可以回收这些电池”。

根据桑福德:C:伯恩斯坦和孟山都公司分析师Jonas
Oxgaard的说法,加利福尼亚审判只是超过2000个类似案件中的第一个。他计划参与对法院陪审团裁决的上诉。

据悉,在中华人民共和国登记注册的企事业法人主体单位和社会组织机构法人单位均可登录双创在线(

同时,中外科学家通过精确设计分子前驱体,实现了对拓扑特性的精准调控,在Au表面合成出具有拓扑非平庸的交替宽度的石墨烯纳米带,并观测到石墨烯纳米带末端的拓扑末端态。

随着2015年之后新能源车逐渐转向私人乘用车,动力电池回收就面临着新的课题,“因此这时候实施《暂行规定》是比较合理的状态,既能够掌握前期的经验,面对未来私人车辆不断增加的趋势,同时又能够有效管理电池回收,有承前启后的作用”。

近年来,由于种子技术、杀虫剂、除草剂和其他投入的进步,农作物产量大幅增长。尽管全球气候变化带来了干旱、高温和风暴等风险,但蓬勃发展的世界收成有助于保持粮食价格相对平稳。

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此项工作得到《自然》杂志审稿人的高度肯定:“这项工作具有高度原创性,令人兴奋,对不同领域均具有巨大的意义。”

“随着电池的快速产业化规模扩张,对资源的利用规模日益扩大。作为战略性资源的锂电池的使用和回收,是涉及到未来电池甚至整个能源储能产业能否可持续发展的重要环节。”崔东树坦言,锂电池回收意义重大,这也是动力蓄电池回收利用溯源综合管理平台成立的原因。

与此同时,人们对农作物化学制品和转基因作物的消费不信任日益增加,这有助于推动有机食品的需求激增。反对转基因人士在该案判决后欢欣鼓舞,有机消费者协会则希望这是孟山都公司的“第一次失败”。

相关论文信息:Nature 560, 209-213, 2018

据了解,动力蓄电池回收利用溯源综合管理平台分为新能源汽车车载管理模块和电池回收利用管理模块。中国工程院院士、北京理工大学电动车辆国家工程实验室主任孙逢春表示,这样全过程管理,为的是能够对每一块电池100%跟踪溯源。

孟山都公司在一份声明中说,该案并没有改变“超过800项科学研究和评论”表明草甘膦不会导致癌症这一事实。

《中国科学报》 (2018-08-23 第1版 要闻)

“从电池的生产、流通到回收,我们将有一个清晰的体系化管理过程,该溯源体系对整个电池的回收与合理利用都建立了保障,具有重大意义。”崔东树评价道。

彭博情报公司的分析师Chris
Perrella表示,孟山都公司上诉后,损害赔偿和裁决可能会被推翻或减少。

动力蓄电池回收再利用包括了梯次利用和资源回收两个环节。通常新能源汽车上的动力蓄电池剩余容量降低到初始容量的70%~80%时便无法满足汽车使用要求,就要“退役”。就像电动玩具上无法发挥作用的电池放在收音机里还可以正常使用一样,从汽车上退役的动力蓄电池,经过测试、筛选、重组等仍可以用于场地电动车、备用电源、电力储能等运行工况相对良好、对电池性能要求较低的领域,这就是梯次利用。

草甘膦是世界上最受欢迎和广泛使用的除草剂。Perrella说,这对环境有利,对农民有利。在未来几十年,全球人口将增长数十亿,草甘膦总是被需要的。草甘膦的唯一替代物是“更为恶劣”的化学物质,或者使用柴油拖拉机耕作农田,这反而造成大量的环境问题。

“电池如果管理好的话,可利用的时间还是比较长的。”崔东树认为,电池在汽车上用5年,在其他的储能产品甚至储能电站再用5年,最后进入报废回收环节,这样对电池的全体系应用会有很好的支撑。

巴西利亚联邦法官本月初裁定,在卫生部对草甘膦的毒性进行评估时,禁止使用草甘膦。巴西大豆生产协会迅速作出呼吁。Oxgaard针对巴西的裁决表示,“法庭像是很随便地就说出‘你不能使用拖拉机,因为我们需要研究拖拉机的健康效应’。”

同时,崔东树也指出,梯次利用是一个很大的课题,虽然看起来很美,但是做起来很难。“现在动力电池厂家的产品规格五花八门,技术、性能指标和电池管理还缺乏统一,梯次利用指明了发展方向,但中间所要解决的技术难题还有很多。”

“最终,转基因作物的憎恶者们也很不成功——尽管他们憎恨它,而且始终带着憎恨它的情绪,转基因生物的渗透每年都在不断增加。”Oxgaard说道。

梯次利用方面,每个品牌的电池从生产时的状态到后期管理,再到回收时的剩余电量都不一样,回收利用的成本非常高。中国再生资源回收利用协会报废车回收拆解与再利用分会秘书长张莹对媒体表示,由于目前新能源电池梯次利用仍属于探索阶段,市场尚未成熟,对于电池的余能检测和梯次利用,该协会也只能起到辅助作用。

《中国科学报》 (2018-08-22 第6版 科研)

资源回收方面,电池的拆解也是一个极其复杂的过程。“电池拆解首先要放电,因为电池从形状大小到破损程度都不同,还有很多非标产品,电池内部组件很小且工艺复杂,要用环保的方法来拆解的话,过程非常繁琐,难度巨大。”崔东树说。

而相对简单的回收办法就是直接粉碎,再采用类似炼铁一样的方式,将不同的成分,如锂、钴等提炼出来,剩下的渣滓直接扔掉,但这样就会产生污染环境的隐患。

对于动力蓄电池拆解后再生利用的经济价值,也有很多讨论。国家“863”计划项目电动车重大专项动力电池测试中心主任王子冬曾指出,动力蓄电池是否具有回收的价值,要通过提前对电池多级利用的效益进行评估来确定。在实际应用中,许多材料的回收价值比较低,特别是轻量化技术的应用,导致许多企业的电池箱材料采用非金属材质,其价值就更低。对于磷酸铁锂等电池,其正极材料回收价值不大,按照传统工艺回收将得不偿失。

不管是梯次利用还是资源回收,大范围集中利用存在困难的原因,是早期生产的电池型号与参数并不一致,严格的动力电池的统一生产标准未出台。

“前期能够制造出标准化的产品,才是后期电池标准化回收利用的关键。”崔东树认为,目前电动汽车的产业标准和国家标准都太宽泛。“现在的电池生产商面临的最大问题就是生产过程不标准。考量供应链的话,由于过度盲目地追求电池能量密度最大化,生产出来的电池产品就很可能是非标产品,这就为以后的回收构成阻碍。”

我们在关注电池回收环保问题的同时,有国外行业专家则将目光聚焦到锂电池的生产端。据该专家《依赖锂电池造成环境成本上升》一文爆料,随着世界争相用清洁能源替代化石燃料,提取锂和钴等电池成分带来的环境影响本身可能成为一个更重要的问题。

文中提到,“就像任何采矿过程一样,开采锂是侵入性的,它会破坏景观,会破坏地下水,污染地球和当地的水井,这并不是一个绿色的解决方案。”现在锂矿的开采已经影响到阿根廷、玻利维亚等南美洲国家地区的水环境。

对此,崔东树指出,在肯尼亚、刚果等国家,锂矿的确存在原始的野蛮开采的状态,这肯定会造成环境的严重污染。“但在中国,锂矿资源的开采与其他矿产开采是类似的,有严格的环保标准。”

“资源利用是必需的,不能因为有环境污染的可能就不去采,关键在于有效保护环境与合理利用资源之间的协调,不能因噎废食。”崔东树说。

为促进新能源汽车废旧电池回收利用,崔东树认为,应加快完善回收体系,充分发挥政府引导和监督作用,促进汽车生产企业全面落实生产者责任。同时,建立回收渠道,加强与电池生产、综合利用等企业的合作,通过多种形式构建跨行业联合共同体。

《中国科学报》 (2018-08-23 第5版 技术经济周刊)

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