Известная будущими родителям технология, которая позволяет им впервые увидеть своего ребенка — ультразвук — можно использовать на чрезвычайно низких частотах для совершенно иной цели. Исследователи из Королевского технологического института KTH в Швеции сообщают о первом ультразвуковом извлечении ценных металлов из аккумуляторов NMC электромобилей — ключевом вкладе в процесс утилизации аккумуляторов.
Новый метод не только добавляет ультразвуковые волны в процесс извлечения ионов металлов из разрушенных батарей, но и предлагает альтернативу нынешнему использованию вредных выщелачивающих агентов, таких как серная кислота . По словам Сюн Сяо, исследователя полимерных материалов в KTH, окупаемость заключается в сокращении времени экстракции на 50 процентов и повышенном извлечении ионов металлов, таких как литий, кобальт, марганец и никель.
«Краеугольным камнем будущего устойчивого рынка аккумуляторных батарей станет ресурсоэффективная переработка металлов, обеспечивающая непрерывные поставки сырья», — говорит Сяо. «Преимущества будут распространяться не только на электрификацию автомобилей, но и на бесчисленные системы, основанные на устойчивом хранении энергии — от мобильных телефонов до электрических сетей».
Ультразвуковые ванны посылают волны механического давления с чрезвычайно высокой частотой . В этом случае исследователи использовали частоту 40 кГц — тон, выходящий за пределы диапазона слышимости человека. Эти волны создают микропузырьки, которые схлопываются, создавая локальную температуру около 5000 ° C и производя высокоактивные свободные радикалы. Возникающее в результате перемешивание увеличивает перенос массы в металлических батареях до такой степени, что агрессивные химические вещества больше не нужны для извлечения металла.
После ультразвуковой ванны материал замачивают в лимонной кислоте. Предоставлено: Дэвид Каллахан / Королевский технологический институт KTH.
Вместо этого можно использовать более мягкие, экологически безопасные кислоты, такие как лимонная и уксусная кислота , говорит Сяо.
Как сообщалось в журнале Зеленый химии , метод достигается в среднем 97 процентов восстановления иона металла, чем при тех же условиях , когда использовалась только механическое воздействие. Самый высокий уровень извлечения был достигнут для кобальта и никеля, достигнув более 99 процентов, в то время как литий и марганец были извлечены с эффективностью от 94 до 96 процентов.
«С помощью ультразвука Xiong Xiao обнаружил способ устранить потребность в обычно используемых химикатах, таких как сильные кислоты, которые практически не поддаются контролю», — говорит Ричард Олссон, соавтор и преподаватель отдела полимерных материалов KTH.
Олссон говорит, что следующим шагом будет дальнейшая оптимизация ультразвука, например, с использованием различных уровней интенсивности и частоты, чтобы достичь еще более быстрого извлечения ценных металлов аккумуляторных батарей.
Работа Сяо является частью проекта 48228-1 PERLI (Процесс эффективной переработки литий-ионных батарей), финансируемого Шведским энергетическим агентством. Исследование проводилось в сотрудничестве с производителем аккумуляторов Northvolt.
Дополнительная информация: Сюн Сяо и др., Извлечение металлов из литий-ионных аккумуляторов с помощью ультразвука с использованием природных органических кислот, Green Chemistry (2021). DOI: 10.1039 / D1GC02693C
Иллюстрация: Сюн Сяо с образцом измельченного материала батарей перед помещением их в ультразвуковую ванну. Предоставлено: Дэвид Каллахан / Королевский технологический институт KTH.
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК