Как сделать переработку аккумуляторов рентабельной? Ученые центра ReCell сделали еще один шаг к этой цели.
Литий-ионные аккумуляторы — это двигатель нашего технологического настоящего и будущего. Они питают портативную электронику, такую как смартфоны, ноутбуки и электромобили (EV), популярность которых растет. Но растущее использование литий-ионных аккумуляторов , особенно в автомобилях, опередило технологию их переработки. Теперь ученые из Центра ReCell — первого в стране центра исследований и разработок в области передовой утилизации аккумуляторов со штаб-квартирой в Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики (DOE) — сделали важное открытие, которое устраняет одно из самых больших препятствий на пути создания переработка литий-ионных аккумуляторов экономически выгодна.
Используемые сегодня процессы рециркуляции позволяют извлекать металлы в формах, не представляющих особой ценности для производителей аккумуляторов. На горизонте вырисовывается огромная проблема: менее чем через десять лет, по прогнозам исследователей, ежегодно будет выводиться из эксплуатации два миллиона тонн литий-ионных аккумуляторов электромобилей с истекшим сроком службы. Количество изношенных аккумуляторов для электромобилей в настоящее время невелико, но скоро оно существенно возрастет, поскольку более старые модели автомобилей достигают конца своего срока службы, а существующая инфраструктура утилизации не готова к их притоку.
Исследователи из Мичиганского технологического университета (MTU), входящие в команду ReCell, разработали инновационный процесс разделения ценных материалов, из которых состоит катод, положительно заряженный электрод батареи.
Поскольку катодные материалы аккумуляторов электромобилей различаются в зависимости от производителя и года выпуска, переработчик должен использовать смесь оксидов металлического лития — оксида лития-никеля, кобальта марганца, оксида лития-никеля, кобальта, алюминия, фосфата лития-железа и т. д. — и теперь отделите каждый, чтобы эти материалы можно было использовать повторно. Эта когда-то невыполнимая задача внезапно кажется выполнимой.
В новой статье, опубликованной в рецензируемом научном журнале Energy Technology, исследователи MTU и ReCell подробно описывают свое открытие: метод разделения отдельных катодных материалов с использованием нового подхода к старому процессу, называемому пенной флотацией.
Используемая в течение многих лет в горнодобывающей промышленности для разделения и очистки руд, пенная флотация разделяет материалы во флотационном резервуаре в зависимости от того, отталкивают ли они воду, плавают или поглощают воду и тонут. Обычно катодные материалы тонут, что затрудняет их отделение друг от друга. Это верно в отношении оксида лития, никеля, марганца, кобальта (NMC111) и оксида лития-марганца (LMO), двух распространенных катодных материалов для электромобилей, которые команда ReCell использовала в своих экспериментах. Исследователи обнаружили, что разделения можно достичь, заставив один из катодных материалов, NMC111, плавать путем введения химического вещества, которое заставляет целевой материал отталкивать воду.
После того, как катодные материалы были разделены, исследователи определили путем тестирования, что процесс оказал незначительное влияние на электрохимические характеристики материалов. Оба они также имели высокий уровень чистоты (95 процентов или выше).
«Это очень важно, — говорит Джессика Дарем, ученый-материаловед из Аргонна и соавтор исследования, — потому что, если аккумуляторная промышленность собирается покупать переработанный катодный материал для повторного использования в новых батареях, они не собираются жертвовать чистотой. «
Открытие ReCell обещает иметь широкие последствия, такие как снижение затрат на переработку литий-ионных батарей; стимулирование роста прибыльного рынка вторичной переработки литий-ионных аккумуляторов с истекшим сроком службы; снижение стоимости электромобилей как для производителей, так и для потребителей.
На данный момент команда ReCell Center сосредоточена на создании, шаг за шагом, полного процесса переработки литий-ионных аккумуляторов, который является экономически жизнеспособным. Только тогда он получит широкое распространение.
Дополнительная информация: Тину-Ололаде Фолаян и др., Прямая переработка смешанных катодных материалов с помощью пенной флотации, Energy Technology (2021). DOI: 10.1002 / ente.202100468
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК