Предизвикателствата при рециклирането на литиеви батерии

Литиевите батерии, които не се рециклират правилно, могат да отделят токсични метали в околната среда, които след това могат да бъдат вдишани в белите дробове и да причинят здравословни проблеми, като сърдечносъдови и белодробни заболявания.

Повечето литиеви батерии се рециклират, като се раздробяват на прах, след което се претопяват (пирометалургия) или се разтварят в киселина (хидрометалургия). И при двата процеса се изразходват огромни количества енергия, като същевременно се отделят парникови газове в околната среда.

Рециклираният катоден прах е по-порест от произвеждания в търговската мрежа катоден прах

Катодите са в основата на всяка литиево-йонна батерия и отговарят за нейното напрежение и производителност. За да се произведат висококачествени катоди, материалите трябва да имат висока порьозност (повърхностна площ, позволяваща на литиевите йони да се движат между анода и катода), така че по-порьозните катоди означават по-големи възможности за съхранение на енергия - всъщност едно проучване установи, че рециклираният катоден прах е по-порьозен от произвеждания в търговската мрежа катоден прах и следователно позволява на батериите, сглобени от рециклирани материали, да имат сходни характеристики с тези на батериите, направени от първични материали.

Изследването е проведено в Калифорнийския университет в Ървайн от учени под ръководството на Нихил Гупта. Въз основа на предишна работа, която показа, че използването на рециклиран катоден материал може да повиши ефективността на батериите и да удължи времето за работа на литиево-йонните батерии, те използват нов процес за производство на катоден прах, който е повече от три пъти по-порьозен от традиционния метод. Срязването, смилането, киселинното излугване, сортирането по размер на частиците и химията и обработката водят до получаване на висококачествени катоди, които след това се смесват с течни електролити и се обработват, преди да бъдат смесени обратно, за да се образуват висококачествени катоди, които дават висококачествени катоди, които издържат по-дълго време на употреба в сравнение с традиционните методи на производство, използвани от рециклирани източници.

Литиево-йонните батерии се нуждаят от течен електролит за провеждане на йоните между анода и катода, известен като електролит. Обикновено съставен от неорганична сол, разтворена в неводни органични разтворители като пропилен карбонат или смеси от етилен карбонати с алифатни карбонати като диметил, диетил и етил метилкарбонати), този елемент играе съществена роля за работата на батерията. За оптимално функциониране на батерията той трябва да осигури ниско съпротивление на интерфейса за ефективна работа на батерията - изборът на електролит е от ключово значение за работата на батерията.

Рециклирането на литиеви батерии традиционно включва механичното им раздробяване и разтопяване или разтварянето им в киселина. За съжаление, тези процеси изискват прекомерно количество електроенергия за работа, като същевременно произвеждат непосилна маса от метали, която е трудна за рециклиране. Вместо това в това изследване се предлага "директно рециклиране на катода" - енергоспестяваща алтернатива.

Директното рециклиране на катода включва разглобяване на батерията на отделните елементи и сортирането им въз основа на физическите им свойства. Първо се извършва срязване в инертна атмосфера; след това материалите се раздробяват и смилат на фини фракции за целите на разделянето и пречистването. Този процес отстранява от разтвора примеси като алуминий и мед, които биха могли да попречат на работата, както и йони на преходни метали като Ni2+ и Co2+, оставяйки като изходни продукти само литиеви соли и графит.

По-евтино е от нов катоден прах

Литиево-йонните батерии, използвани в електромобили и смартфони, както и в детски играчки, електронни цигари и лаптопи, често могат да бъдат рециклирани; процесът обаче често може да бъде тромав и скъп; това възпира много компании да започнат бизнес с рециклиране; изследователите обаче работят върху решения, които да направят рециклирането по-просто, по-евтино, по-бързо и по-екологично.

Литиевите батерии се произвеждат от различни материали, включително мед и кобалт. Въпреки че тези метали са от съществено значение за производството на батерии, тяхното извличане може да бъде опасно поради производството на токсични отпадъци, като същевременно допринася за изменението на климата чрез отделянето на парникови газове по време на добивните процеси. Рециклирането на батерии предлага едно от решенията, които помагат за намаляване на търсенето на такива ресурси, като същевременно смекчават въздействието им върху околната среда.

Рециклирането може да помогне за опазването на ценните ни ресурси, като ги предпази от депата, където могат да причинят вреда на околната среда, както и да намали използването на енергия за производството на суровини, за които е необходима скъпа енергия (което допринася за емисиите на парникови газове), или да помогне да се избегне експлоатацията на работници от третия свят, които копаят кобалт или други минерали при опасни условия.

Типичният метод за рециклиране на литиево-йонни батерии включва раздробяване и пречистване на компонентите им, за да се извлече катодът им. За съжаление това е скъпо и неефективно за производството на качествени продукти. За щастие изследователите разработват алтернативни процеси, които запазват катодите непокътнати, така че да могат да бъдат продавани в непроменен вид; те ще бъдат много по-евтини и екологични от традиционните си аналози.

Въпреки че литиево-йонните батерии често могат да се рециклират, всеки цикъл може да намали леко чистотата им. Ето защо на потребителите се препоръчва да намерят местно място за предаване на използвани литиеви батерии - въпреки че те могат да бъдат достатъчно безопасни за изхвърляне в ежедневните кофи за боклук, литиево-йонните батерии съдържат вредни химикали, които могат да разядат близките предмети, ако бъдат оставени да лежат твърде дълго. Ето защо използването на подходяща услуга за рециклиране или консултирането с производителя за инструкции може да гарантира безопасно изхвърляне.

По-безопасно е от нов катоден прах

Литиевите батерии се превърнаха в неразделна част от електрическите превозни средства (ЕПС) и други продукти за чиста енергия, но трябва да се рециклират отговорно, за да се избегне опасност от пожар или изтичане на токсични химикали в околната среда. Вместо да се изхвърлят батериите, трябва да се използват центровете за рециклиране на батерии; сините или жълтите контейнери за рециклиране могат потенциално да ги повредят по време на обработката и да създадат риск от пожар; вместо това те трябва да се оставят в един от седемте центъра за рециклиране на химикали и батерии в дома.

Тези центрове са специализирани в рециклирането на литиеви батерии, намиращи се в продукти като електрически инструменти, цифрови фотоапарати, детски играчки, електронни цигари и лаптопи. Освен това те предлагат безопасни решения за изхвърляне на по-големи батерии, използвани в автомобили или домове, но не могат да приемат по-малки батерии, тъй като те са твърде опасни. Ако притежавате такава голяма ват-часова батерия и искате да я рециклирате - посетете един от седемте центъра за рециклиране!

Рециклирането на литиева батерия включва първо нейното раздробяване и отделяне на по-евтините компоненти, като стоманен корпус на батерията и електронни схеми, от катода. След това учените извличат елементи, включително "черна маса" - екстракт, съставен от никел, кобалт, алуминий и манган, който съдържа редки и скъпи метали; този прах може да бъде възстановен и смесен със свежи елементи за подобряване на ефективността, като по този начин се спестяват редки метали, които иначе биха отишли на боклука.

Рециклирането на литиеви батерии е още един чудесен начин за борба с глобалния недостиг на ключови минерали като кобалт и никел, чието периодично намаляване на доставките застрашава ефективността и продължителността на живота на електромобилите. Рециклирането също така може да помогне за справяне с глобалния недостиг на минерали като тези, като спомогне за по-прякото задоволяване на глобалните нужди от доставки.

Този процес наподобява стандартните пирометалургични техники, но изисква по-малко енергия и производство на отпадъци в сравнение с други техники за рециклиране. Като ефективна алтернатива на пирометалургията, която обикновено консумира значително количество енергия, като същевременно произвежда токсични странични продукти, и на методите на хидрометалургията (които включват възстановяване на метали чрез химически средства), този метод има по-високи нива на възстановяване на метали, отколкото само тези техники.

Това е по-екологично

Рециклирането на батерии може да спомогне за намаляване на въздействието върху околната среда, свързано с електрическите превозни средства (ЕПС) и устройствата, използващи литиеви батерии, като например лаптопите. Рециклирането може да съхрани ценни материали, да осигури възобновяеми източници на енергия и да намали нуждите от добив, като същевременно намали обема на отпадъците в депата. За съжаление обаче рециклирането на батерии не е лишено от предизвикателства.

Първо, за да се рециклират батериите, те трябва да са напълно разредени - тъй като литиевите батерии са опасни, ако останат неразредени. След като са готови за рециклиране, те трябва да бъдат разбити и натрошени на малки парчета, преди да бъдат разтопени или разтворени, за да се извлекат металите им - този процес може да доведе до образуване на прах във въздуха, който замърсява околната среда и може да доведе до респираторни заболявания; литият се счита за опасен метал, поради което внимателното боравене с него също е от ключово значение.

Изследователи от Института Фарадей в Обединеното кралство сега са пионери в нов метод за рециклиране на литиеви батерии, като използват ултразвукова сонда, "подобна на тази, която зъболекарите използват за почистване на зъби", казва Гупта. Фокусирането на ултразвук върху повърхности създава малки мехурчета, които имплодират и отстраняват покритието, позволявайки възстановяването на катоди и аноди, които струват значителни суми.

Освен това рециклирането помага на околната среда, като намалява въглеродните емисии от добива. Според изчисленията на института "Маккинзи" широко разпространеното рециклиране на батерии може да намали въглеродните емисии с 25% на киловатчас. За да се осъществи успешно рециклиране на батерии, трябва да се осъществи успешно извличане на ценните метали, без да се уврежда катодът или анодът.

Литиевите батерии съдържат ценни метали като никел и кобалт, които се използват както в електромобилите, така и в електронните устройства, но е важно да се има предвид, че те никога не трябва да се поставят в сините или жълтите контейнери за рециклиране - за тези пожароопасни материали трябва да се погрижат специализирани съоръжения за рециклиране. Ако по някаква причина трябва да рециклирате литиеви батерии, просто увийте изводите им в непроводима лента (електрическа, прозрачна опаковъчна или канална), преди да ги занесете в един от седемте Центъра за домашна химия и рециклиране на Органа или в търговци на дребно, които ги приемат за рециклиране.