Прорывные исследования делают переработку аккумуляторов более экономичной

Как сделать переработку аккумуляторов экономически эффективной? Ученые из Центра ReCell сделали еще один шаг к этой цели.

К

Опубликовано

Джейк Малули

Литий-ионные аккумуляторы — двигатели 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 технологии их переработки. Теперь ученые из ReCell Center — первого в стране передового научно-исследовательского центра по переработке аккумуляторов со штаб-квартирой в Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики (DOE) — сделали важное открытие, которое устраняет одно из самых больших препятствий, стоящих на пути создания утилизация литий-ионных аккумуляторов экономически выгодна.

Используемые сегодня процессы переработки позволяют восстанавливать металлы в формах, которые не представляют большой ценности для производителей аккумуляторов. На горизонте маячит огромная проблема: менее чем через десять лет исследователи прогнозируют, что каждый год два миллиона тонн литий-ионных аккумуляторов электромобилей с истекшим сроком эксплуатации будут выводить из эксплуатации. Количество аккумуляторов для электромобилей с истекшим сроком эксплуатации в настоящее время невелико, но оно будет существенно расти по мере того, как старые модели автомобилей подходят к концу своего срока службы, а нынешняя инфраструктура переработки не готова к их наплыву.

«Если производители аккумуляторов собираются покупать переработанный катодный материал для повторного использования в новых батареях, они не собираются жертвовать чистотой». — Джессика Дарем, ученый-материаловед из Аргонна и соавтор исследования

Исследователи из Мичиганского технологического университета (MTU), входящие в команду ReCell, разработали инновационный процесс разделения ценных материалов, составляющих катод — положительно заряженный электрод батареи.

Ученые из Научно-исследовательского центра по инженерным материалам в Аргонне расширяют масштабы инновационного процесса разделения MTU, открывая путь к крупномасштабной переработке аккумуляторов электромобилей. Поскольку катодные материалы аккумуляторов электромобилей различаются в зависимости от автопроизводителя и года выпуска, переработчик должен взять смесь оксидов металлического лития — оксид лития-кобальта, оксид лития-никеля-марганца-кобальта, оксид лития-никеля-кобальта-алюминия, оксид лития-железа и т. д. — и отделите каждый из них, чтобы эти материалы можно было использовать повторно. Эта когда-то невыполнимая задача вдруг кажется выполнимой.

Прямая переработка и повторное использование катодных материалов аккумуляторов замыкают цикл. (Изображение ReCell Center.)

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 поворота старого процесса, называемого пенной флотацией.

Пенная флотация, используемая в течение многих лет в горнодобывающей промышленности для разделения и очистки руд, разделяет материалы во флотационном резервуаре в зависимости от того, отталкивают ли они воду и всплывают или поглощают воду и тонут. Обычно катодные материалы тонут, что затрудняет их отделение друг от друга. Это справедливо в отношении оксида лития, никеля, марганца, кобальта (NMC111) и оксида лития и марганца (LMO), двух распространенных катодных материалов для аккумуляторов электромобилей, которые команда ReCell использовала в своих экспериментах. Исследователи обнаружили, что разделения можно добиться, заставив один из катодных материалов, NMC111, плавать за счет введения химического вещества, которое заставляет целевой материал отталкивать воду.

После того, как катодные материалы были разделены, исследователи в ходе испытаний установили, что этот процесс оказал незначительное влияние на электрохимические характеристики материалов. Оба также имели высокую степень чистоты (95 процентов или выше).

«Это очень важно, — говорит Джессика Дарем, ученый-материаловед из Аргонна и соавтор исследования, — потому что, если производители аккумуляторов собираются покупать переработанный катодный материал для повторного использования в новых батареях, они не собираются жертвовать чистотой». ."

Исследование связано с миссией Центра ReCell по развитию менее энергоемких методов обработки и сбору ценных материалов для прямой переработки — восстановления, регенерации и повторного использования компонентов батареи напрямую, без разрушения химической структуры. Центр является результатом сотрудничества Аргонна, Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики и Национальной лаборатории Ок-Риджа, Мичиганского технологического университета, Калифорнийского университета в Сан-Диего и Вустерского политехнического института.