Οι προκλήσεις της ανακύκλωσης μπαταριών λιθίου

Οι μπαταρίες λιθίου που δεν ανακυκλώνονται σωστά μπορούν να απελευθερώσουν τοξικά μέταλλα στο περιβάλλον, τα οποία μπορεί στη συνέχεια να εισπνευστούν στους πνεύμονές σας και να προκαλέσουν προβλήματα υγείας, όπως καρδιαγγειακές και πνευμονικές παθήσεις.

Οι περισσότερες μπαταρίες λιθίου ανακυκλώνονται με τον τεμαχισμό τους σε μορφή σκόνης πριν από την τήξη (πυρομεταλλουργία) ή τη διάλυσή τους σε οξύ (υδρομεταλλουργία). Και οι δύο διαδικασίες καταναλώνουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας, ενώ παράλληλα εκπέμπουν αέρια του θερμοκηπίου στο περιβάλλον.

Η ανακυκλωμένη σκόνη καθόδου είναι πιο πορώδης από την εμπορικά κατασκευασμένη σκόνη καθόδου

Οι κάθοδοι αποτελούν τον πυρήνα κάθε μπαταρίας ιόντων λιθίου και είναι υπεύθυνοι για την τάση και την απόδοσή της. Για την παραγωγή καθόδων υψηλής ποιότητας, τα υλικά πρέπει να έχουν υψηλό πορώδες (επιφάνεια που επιτρέπει στα ιόντα λιθίου να μετακινούνται μεταξύ ανόδου και καθόδου), οπότε πιο πορώδεις κάθοδοι σημαίνουν μεγαλύτερες δυνατότητες αποθήκευσης ενέργειας - στην πραγματικότητα, μια μελέτη διαπίστωσε ότι η ανακυκλωμένη σκόνη καθόδου ήταν πιο πορώδης από την εμπορικά κατασκευασμένη σκόνη καθόδου και, ως εκ τούτου, επέτρεψε στις μπαταρίες που συναρμολογήθηκαν με ανακυκλωμένο υλικό να έχουν παρόμοιες επιδόσεις με εκείνες που κατασκευάστηκαν με παρθένα υλικά.

Η έρευνα διεξήχθη στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Irvine από ερευνητές με επικεφαλής τον Nikhil Gupta. Βασιζόμενοι σε προηγούμενες εργασίες που έδειξαν ότι η χρήση ανακυκλωμένου υλικού καθόδου θα μπορούσε να αυξήσει την απόδοση της μπαταρίας και να παρατείνει τους χρόνους λειτουργίας των μπαταριών ιόντων λιθίου, χρησιμοποίησαν μια νέα διαδικασία για την παραγωγή σκόνης καθόδου η οποία ήταν περισσότερο από τρεις φορές πορώδης από την παραδοσιακή μέθοδο. Η διάτμηση, η άλεση, η όξινη έκπλυση, η διαλογή με βάση το μέγεθος των σωματιδίων και τη χημεία και η επεξεργασία οδηγούν σε καθόδους υψηλής απόδοσης που στη συνέχεια αναμειγνύονται με υγρούς ηλεκτρολύτες και υποβάλλονται σε επεξεργασία πριν αναμειχθούν ξανά για να σχηματίσουν καθόδους υψηλής απόδοσης που αποδίδουν καθόδους υψηλής απόδοσης που διαρκούν περισσότερο στη χρήση σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται από ανακυκλωμένες πηγές.

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου απαιτούν έναν υγρό ηλεκτρολύτη για τη μεταφορά ιόντων μεταξύ της ανόδου και της καθόδου τους, γνωστό ως ηλεκτρολύτη. Συνήθως αποτελείται από ανόργανο άλας διαλυμένο σε μη υδατικούς οργανικούς διαλύτες, όπως ανθρακικό προπυλένιο ή μίγματα ανθρακικών αιθυλενίων με αλειφατικά ανθρακικά άλατα, όπως διμεθυλο-, διαιθυλο- και μεθυλο-μεθυλοανθρακικά αιθυλεστέρα), το στοιχείο αυτό παίζει ουσιαστικό ρόλο στην απόδοση της μπαταρίας. Για τη βέλτιστη απόδοση της μπαταρίας πρέπει να διασφαλίζει μια διεπιφάνεια χαμηλής αντίστασης για αποτελεσματική απόδοση της μπαταρίας - η επιλογή ενός ηλεκτρολύτη είναι καθοριστικής σημασίας για την απόδοση της μπαταρίας.

Η ανακύκλωση μπαταριών λιθίου παραδοσιακά περιλάμβανε μηχανικό τεμαχισμό και τήξη ή διάλυση σε οξύ. Δυστυχώς, αυτές οι διαδικασίες απαιτούν υπερβολικές ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας για να λειτουργήσουν, ενώ παράλληλα παράγουν μια δυσκίνητη μάζα μετάλλων που είναι δύσκολο να ανακυκλωθεί. Αντ' αυτού, η παρούσα έρευνα προτείνει την "άμεση ανακύκλωση καθόδου", μια εναλλακτική λύση εξοικονόμησης ενέργειας.

Η άμεση ανακύκλωση καθόδου περιλαμβάνει την αποσυναρμολόγηση μιας μπαταρίας στα επιμέρους στοιχεία της και τη διαλογή τους με βάση τις φυσικές τους ιδιότητες. Αρχικά, πραγματοποιείται διάτμηση υπό αδρανή ατμόσφαιρα- στη συνέχεια, τα υλικά θρυμματίζονται και αλέθονται σε λεπτά κλάσματα για σκοπούς διαχωρισμού και καθαρισμού. Αυτή η διαδικασία απομακρύνει ακαθαρσίες όπως το αλουμίνιο και ο χαλκός που θα μπορούσαν να εμποδίσουν την απόδοση, καθώς και ιόντα μετάλλων μετάπτωσης όπως Ni2+ και Co2+ από το διάλυμα, αφήνοντας πίσω μόνο άλατα λιθίου και γραφίτη ως προϊόντα εξόδου.

Είναι φθηνότερο από τη νέα σκόνη καθόδου

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικά αυτοκίνητα και smartphones, καθώς και σε παιδικά παιχνίδια, ηλεκτρονικά τσιγάρα και φορητούς υπολογιστές μπορούν συχνά να ανακυκλωθούν- ωστόσο, η διαδικασία μπορεί συχνά να είναι επαχθής και δαπανηρή- αυτό έχει αποτρέψει πολλές εταιρείες από το να ξεκινήσουν μια επιχείρηση ανακύκλωσης- ωστόσο, οι ερευνητές εργάζονται πάνω σε λύσεις για να κάνουν την ανακύκλωση απλούστερη, φθηνότερη, ταχύτερη και πιο φιλική προς το περιβάλλον.

Οι μπαταρίες λιθίου κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας διάφορα υλικά, όπως χαλκό και κοβάλτιο. Ενώ τα μέταλλα αυτά είναι απαραίτητα για την παραγωγή μπαταριών, η εξόρυξή τους μπορεί να είναι επικίνδυνη λόγω της παραγωγής τοξικών αποβλήτων, ενώ παράλληλα συμβάλλουν στην κλιματική αλλαγή με την εκπομπή αερίων του θερμοκηπίου κατά τις διαδικασίες εξόρυξης. Η ανακύκλωση των μπαταριών προσφέρει μια λύση που συμβάλλει στη μείωση της ζήτησης αυτών των πόρων, ενώ ταυτόχρονα μετριάζει τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις.

Η ανακύκλωση μπορεί να συμβάλει στην προστασία των πολύτιμων πόρων μας, κρατώντας τους μακριά από τις χωματερές, όπου θα μπορούσαν να προκαλέσουν περιβαλλοντική βλάβη, καθώς και στη μείωση της χρήσης ενέργειας για την παραγωγή πρώτων υλών που απαιτούν ακριβή ενέργεια για την παραγωγή τους (η οποία συμβάλλει στις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου) ή στην αποφυγή εκμετάλλευσης εργατών του τρίτου κόσμου που σκάβουν για κοβάλτιο ή άλλα ορυκτά υπό μη ασφαλείς συνθήκες.

Η τυπική μέθοδος για την ανακύκλωση μπαταριών ιόντων λιθίου περιλαμβάνει τον τεμαχισμό και τον καθαρισμό των συστατικών της για την εξαγωγή της καθόδου της. Δυστυχώς, αυτό είναι δαπανηρό και αναποτελεσματικό για την παραγωγή ποιοτικών προϊόντων. Ευτυχώς, οι ερευνητές αναπτύσσουν εναλλακτικές διαδικασίες που διατηρούν τις καθόδους άθικτες, ώστε να μπορούν να πωληθούν άθικτες- αυτές θα είναι πολύ λιγότερο δαπανηρές και φιλικές προς το περιβάλλον από τις αντίστοιχες παραδοσιακές.

Ενώ οι μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορούν συχνά να ανακυκλωθούν, κάθε κύκλος μπορεί να μειώσει ελαφρώς την καθαρότητα τους. Ως εκ τούτου, συνιστάται στους καταναλωτές να βρουν ένα τοπικό σημείο απόρριψης για τις χρησιμοποιημένες μπαταρίες λιθίου - αν και μπορεί να είναι αρκετά ασφαλείς για την καθημερινή απόρριψη στον κάδο απορριμμάτων, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου περιέχουν επιβλαβείς χημικές ουσίες που θα μπορούσαν να διαβρώσουν τα κοντινά αντικείμενα εάν παραμείνουν για πολύ καιρό. Ως εκ τούτου, η χρήση μιας κατάλληλης υπηρεσίας ανακύκλωσης ή η διαβούλευση με τον κατασκευαστή για οδηγίες μπορεί να διασφαλίσει την ασφαλή απόρριψη.

Είναι ασφαλέστερο από τη νέα καθοδική σκόνη

Οι μπαταρίες λιθίου έχουν γίνει αναπόσπαστο συστατικό των ηλεκτρικών οχημάτων (EV) και άλλων προϊόντων καθαρής ενέργειας, αλλά πρέπει να ανακυκλώνονται με υπευθυνότητα για να μην αποτελούν κίνδυνο πυρκαγιάς ή διαρροής τοξικών χημικών ουσιών στο περιβάλλον. Τα κέντρα ανακύκλωσης μπαταριών θα πρέπει να χρησιμοποιούνται αντί να πετάτε τις μπαταρίες- οι μπλε ή κίτρινοι κάδοι ανακύκλωσης θα μπορούσαν ενδεχομένως να τις καταστρέψουν κατά την επεξεργασία και να δημιουργήσουν κινδύνους πυρκαγιάς- αντίθετα, θα πρέπει να παραδίδονται σε ένα από τα επτά κέντρα ανακύκλωσης οικιακών χημικών και μπαταριών.

Τα κέντρα αυτά ειδικεύονται στην ανακύκλωση μπαταριών λιθίου που βρίσκονται σε προϊόντα όπως ηλεκτρικά εργαλεία, ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές, παιδικά παιχνίδια, ηλεκτρονικά τσιγάρα και φορητούς υπολογιστές. Επιπλέον, προσφέρουν ασφαλείς λύσεις απόρριψης για τις μεγαλύτερες μπαταρίες των βατ-ωρών που χρησιμοποιούνται σε αυτοκίνητα ή σπίτια, αλλά δεν μπορούν να δεχτούν μικρότερες μπαταρίες των βατ-ωρών, καθώς είναι πολύ επικίνδυνες. Αν έχετε στην κατοχή σας μια από αυτές τις μεγάλες μπαταρίες βατ-ωρών και θέλετε να την ανακυκλώσετε - επισκεφθείτε ένα από τα επτά κέντρα ανακύκλωσης!

Η ανακύκλωση μιας μπαταρίας λιθίου περιλαμβάνει πρώτα τον τεμαχισμό της και τον διαχωρισμό των λιγότερο ακριβών εξαρτημάτων, όπως το χαλύβδινο περίβλημα της μπαταρίας και τα ηλεκτρονικά κυκλώματα, από την κάθοδο. Στη συνέχεια, οι επιστήμονες εξάγουν στοιχεία, συμπεριλαμβανομένης της "Μαύρης Μάζας", ενός εκχυλίσματος που αποτελείται από νικέλιο, κοβάλτιο, αλουμίνιο και μαγγάνιο και περιέχει σπάνια και ακριβά μέταλλα- αυτή η σκόνη μπορεί στη συνέχεια να ανακατασκευαστεί και να αναμιχθεί με φρέσκα στοιχεία για βελτιωμένη απόδοση, εξοικονομώντας έτσι σπάνια μέταλλα που διαφορετικά θα πήγαιναν χαμένα.

Η ανακύκλωση των μπαταριών λιθίου είναι ένας άλλος πολύ καλός τρόπος για την καταπολέμηση της παγκόσμιας έλλειψης βασικών ορυκτών όπως το κοβάλτιο και το νικέλιο, τα οποία έχουν περιοδικές ελλείψεις εφοδιασμού που απειλούν την αποδοτικότητα και τη διάρκεια ζωής των ηλεκτροκίνητων οχημάτων. Η ανακύκλωση μπορεί επίσης να συμβάλει στην αντιμετώπιση των παγκόσμιων ελλείψεων ορυκτών όπως αυτές, βοηθώντας στην πιο άμεση κάλυψη των παγκόσμιων απαιτήσεων εφοδιασμού.

Η διαδικασία αυτή μοιάζει με τις συνήθεις πυρομεταλλουργικές τεχνικές, αλλά απαιτεί λιγότερη ενέργεια και παραγωγή αποβλήτων από άλλες τεχνικές ανακύκλωσης. Ως αποτελεσματική εναλλακτική λύση στην πυρομεταλλουργία - η οποία συνήθως καταναλώνει σημαντική ενέργεια ενώ παράγει τοξικά παραπροϊόντα - και στις μεθόδους υδρομεταλλουργίας (οι οποίες περιλαμβάνουν την ανάκτηση μετάλλων με χημικά μέσα), η μέθοδος αυτή έχει μεγαλύτερα ποσοστά ανάκτησης μετάλλων από ό,τι αυτές οι τεχνικές από μόνες τους.

Είναι πιο φιλικό προς το περιβάλλον

Η ανακύκλωση μπαταριών μπορεί να συμβάλει στη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων που σχετίζονται με τα ηλεκτρικά οχήματα (EV) και τις συσκευές που χρησιμοποιούν μπαταρίες λιθίου, όπως οι φορητοί υπολογιστές. Η ανακύκλωση μπορεί να εξοικονομήσει πολύτιμα υλικά, να παρέχει ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και να μειώσει τις ανάγκες εξόρυξης, ενώ ταυτόχρονα μειώνει τον όγκο των απορριμμάτων σε χώρους υγειονομικής ταφής. Δυστυχώς, όμως, η ανακύκλωση μπαταριών δεν είναι χωρίς προκλήσεις.

Πρώτον, οι μπαταρίες πρέπει να είναι πλήρως αποφορτισμένες - καθώς οι μπαταρίες λιθίου είναι επικίνδυνες αν παραμείνουν ανενόχλητες - προκειμένου να ανακυκλωθούν. Μόλις είναι έτοιμες για ανακύκλωση, θα πρέπει να διασπαστούν και να τεμαχιστούν σε μικρά κομμάτια πριν από την τήξη ή τη διάλυση για την ανάκτηση των μετάλλων τους - η διαδικασία αυτή μπορεί να παράγει αερομεταφερόμενη σκόνη που μολύνει το περιβάλλον και μπορεί να οδηγήσει σε αναπνευστικές ασθένειες- το λίθιο θεωρείται επικίνδυνο μέταλλο, επομένως ο προσεκτικός χειρισμός του είναι επίσης βασικό στοιχείο.

Οι ερευνητές του Ιδρύματος Faraday στο Ηνωμένο Βασίλειο είναι τώρα πρωτοπόροι σε μια νέα μέθοδο ανακύκλωσης μπαταριών λιθίου, χρησιμοποιώντας έναν καθετήρα υπερήχων "παρόμοιο με αυτόν που χρησιμοποιούν οι οδοντίατροι για τον καθαρισμό των δοντιών", λέει ο Gupta. Η εστίαση των υπερήχων σε επιφάνειες δημιουργεί μικροσκοπικές φυσαλίδες που εμφυσούνται και ανατινάζουν την επίστρωση, επιτρέποντας την ανάκτηση καθόδων και ανόδων που αξίζουν σημαντικά χρηματικά ποσά.

Επιπλέον, η ανακύκλωση βοηθά το περιβάλλον μειώνοντας τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα από την εξόρυξη. Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις του Ινστιτούτου McKinsey, η ευρεία ανακύκλωση των μπαταριών θα μπορούσε να μειώσει τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα κατά 25% ανά κιλοβατώρα. Για να γίνει με επιτυχία η ανακύκλωση μπαταριών, πρέπει να γίνει με επιτυχία η εξαγωγή πολύτιμων μετάλλων χωρίς να καταστραφεί η κάθοδος ή η άνοδος.

Οι μπαταρίες λιθίου περιέχουν πολύτιμα μέταλλα όπως νικέλιο και κοβάλτιο που χρησιμοποιούνται τόσο στα ηλεκτρικά οχήματα (EV) όσο και στις ηλεκτρονικές συσκευές, αλλά είναι σημαντικό να έχετε κατά νου ότι δεν πρέπει ποτέ να τοποθετούνται στους μπλε ή κίτρινους κάδους ανακύκλωσης - αυτοί οι κίνδυνοι πυρκαγιάς πρέπει να αντιμετωπίζονται σε εξειδικευμένες εγκαταστάσεις ανακύκλωσης. Εάν πρέπει να ανακυκλώσετε μπαταρίες λιθίου για οποιονδήποτε λόγο, απλά τυλίξτε τους ακροδέκτες τους με μη αγώγιμη ταινία (ηλεκτρική, διαφανή ταινία συσκευασίας ή ταινία αγωγού) πριν την αφήσετε σε ένα από τα επτά Κέντρα οικιακής χημικής και ανακύκλωσης της Αρχής ή σε καταστήματα λιανικής πώλησης που τις δέχονται για ανακύκλωση.