Liitiumakude ringlussevõtu väljakutsed

Nõuetekohaselt ringlusse võtmata liitiumpatareidest võivad keskkonda sattuda mürgised metallid, mis võivad seejärel kopsudesse sisse hingata ja põhjustada terviseprobleeme, näiteks südame- ja veresoonkonna ning kopsuhaigusi.

Enamik liitiumpatareisid võetakse ringlusse, purustades need enne sulatamist (pürometallurgia) või lahustamist happes (hüdrometallurgia) pulbriks. Mõlemad protsessid tarbivad tohutult energiat ja paiskavad samal ajal keskkonda kasvuhoonegaase.

Taaskasutatav katoodipulber on poorsem kui kaubanduslikult toodetud katoodipulber.

Katoodid on iga liitiumioonaku tuumik, mis vastutab selle pinge ja jõudluse eest. Kvaliteetsete katoodide tootmiseks peavad materjalid olema suure poorsusega (pindala, mis võimaldab liitiumioonidel liikuda anoodi ja katoodi vahel), seega tähendab poorsem katood suuremat energiasalvestusvõimet - ühes uuringus leiti, et taaskasutatud katoodipulber oli poorsem kui kaubanduslikult toodetud katoodipulber ja võimaldas seega taaskasutatud materjalist kokkupandud patareidel saavutada samasuguseid tulemusi kui nullist materjalist valmistatud patareidel.

Uurimus viidi läbi California Ülikoolis Irvine'is Nikhil Gupta juhitud teadlaste poolt. Tuginedes varasematele töödele, mis näitasid, et taaskasutatud katoodmaterjali kasutamine võib suurendada aku tõhusust ja pikendada liitiumioonakude tööaega, kasutasid nad uudset protsessi katoodipulbri tootmiseks, mis oli rohkem kui kolm korda poorsem kui selle traditsiooniline meetod. Lõikamine, jahvatamine, happeline leostamine, sorteerimine osakeste suuruse ja keemia järgi ning töötlemine annavad tulemuseks suure jõudlusega katoodid, mida seejärel segatakse vedela elektrolüüdiga ja töödeldakse enne tagasivahetamist, et moodustada suure jõudlusega katoodid, mis annavad suure jõudlusega katoodid, mis kestavad kasutamisel kauem kui traditsioonilised tootmismeetodid, mida kasutatakse ringlussevõetud allikatest.

Liitiumioonakud vajavad anoodi ja katoodi vahel ioonide juhtimiseks vedelat elektrolüüdi, mida nimetatakse elektrolüüdiks. Tavaliselt koosneb anorgaanilisest soolast, mis on lahustatud mittevesipõhistes orgaanilistes lahustites (nt propüleenkarbonaat või etüleenkarbonaatide ja alifaatsete karbonaatide (nt dimetüül-, dietüül- ja etüülmetüülkarbonaatide) segud), ja see element mängib aku toimimises olulist rolli. Aku optimaalse toimimise tagamiseks peab see tagama madala takistuse liidese, et aku toimiks tõhusalt - elektrolüüdi valik on aku toimimise seisukohalt võtmetähtsusega.

Tavapäraselt on liitiumpatareide ümbertöötlemine hõlmanud nende mehaanilist purustamist ja sulatamist või lahustamist happes. Kahjuks nõuavad need protsessid liigset elektrienergiat ja tekitavad samas raskesti taaskasutatavat metallimassi. Selle asemel pakub see uuring välja "otsese katoodi ringlussevõtu", mis on energiasäästlik alternatiiv.

Otsene katoodide ringlussevõtt hõlmab aku lahtivõtmist üksikuteks elementideks ja nende sorteerimist nende füüsikaliste omaduste alusel. Kõigepealt toimub lõikamine inertses atmosfääris; seejärel purustatakse ja jahvatatakse materjalid peeneks fraktsioonideks eraldamise ja puhastamise eesmärgil. Selle protsessi käigus eemaldatakse lahusest sellised lisandid nagu alumiinium ja vask, mis võivad toimimist pärssida, ning üleminekumetallide ioonid nagu Ni2+ ja Co2+, jättes järele ainult liitiumisoolad ja grafiidi kui väljundproduktid.

See on odavam kui uus katoodipulber.

Elektriautodes ja nutitelefonides, aga ka laste mänguasjades, e-sigarettides ja sülearvutites kasutatavaid liitium-ioonakusid saab sageli ringlusse võtta, kuid see protsess võib sageli olla tülikas ja kulukas; see on paljusid ettevõtteid heidutanud ringlussevõtuga alustamisest; teadlased töötavad aga lahenduste kallal, et muuta ringlussevõtt lihtsamaks, odavamaks, kiiremaks ja keskkonnasõbralikumaks.

Liitiumpatareide valmistamisel kasutatakse erinevaid materjale, sealhulgas vaske ja koobaltit. Kuigi need metallid on patareide tootmisel olulised, võib nende kaevandamine olla ohtlik, kuna tekivad mürgised jäätmed, ning samuti aitab see kaasa kliimamuutustele, kuna kaevandamise käigus eralduvad kasvuhoonegaasid. Akude ringlussevõtt on üks lahendus, mis aitab vähendada nõudlust selliste ressursside järele, vähendades samal ajal nende keskkonnamõju.

Ringlussevõtt võib aidata kaitsta meie väärtuslikke ressursse, hoides neid prügilatest eemal, kus nad võivad põhjustada keskkonnakahju, ning vähendada energiakasutust tooraine tootmiseks, mille tootmine nõuab kallist energiat (mis aitab kaasa kasvuhoonegaaside heitele), või aidata vältida kolmanda maailma töötajate ekspluateerimist, kes kaevavad koobaltit või muid mineraale ebaturvalistes tingimustes.

Liitiumioonaku ringlussevõtu tüüpiline meetod hõlmab selle komponentide purustamist ja puhastamist, et eraldada katood. Kahjuks on see nii kallis kui ka ebaefektiivne kvaliteetsete toodete tootmiseks. Õnneks töötavad teadlased välja alternatiivseid protsesse, mis säilitavad katoodid tervetena, nii et neid saab müüa; need on palju odavamad ja keskkonnasõbralikumad kui nende traditsioonilised vasted.

Kuigi liitiumioonakusid saab sageli ringlusse võtta, võib iga tsükkel nende puhtust veidi vähendada. Seepärast soovitatakse tarbijatel leida kasutatud liitiumpatareide jaoks kohalik prügikoht - kuigi need võivad olla piisavalt ohutud igapäevaseks prügikasti kõrvaldamiseks, sisaldavad liitiumioonpatareid kahjulikke kemikaale, mis võivad korrodeerida lähedalasuvaid esemeid, kui need liiga kauaks seisma jäetakse. Seetõttu võib ohutu kõrvaldamise tagada, kui kasutate asjakohast ringlussevõtu teenust või konsulteerite tootja juhistega.

See on ohutum kui uus katoodipulber.

Liitiumpatareidest on saanud elektrisõidukite ja muude keskkonnasõbralike energiatoodete lahutamatu osa, kuid neid tuleb vastutustundlikult ringlusse võtta, et vältida tulekahjuohtu või mürgiste kemikaalide sattumist keskkonda. Patareide äraviskamise asemel tuleks kasutada patareide ringlussevõtukeskusi; sinised või kollased ringlussevõtukastid võivad neid töötlemisel kahjustada ja kujutada endast tuleohtu; selle asemel tuleks need hoopis viia ühte seitsmest kodukeemia- ja patareide ringlussevõtukeskusest.

Need keskused on spetsialiseerunud selliste toodete nagu elektrilised tööriistad, digikaamerad, lastemänguasjad, e-sigaretid ja sülearvutid liitiumpatareide ringlussevõtule. Lisaks pakuvad nad turvalisi lahendusi autodes või kodudes kasutatavate suuremate vatt-tunniste akude kõrvaldamiseks, kuid ei saa vastu võtta väiksemaid vatt-tunniseid akusid, kuna need on liiga ohtlikud. Kui teil on mõni selline suur vatt-tunnine aku ja soovite selle ringlusse võtta - külastage ühte seitsmest ringlussevõtukeskusest!

Liitiumpatarei ringlussevõtt hõlmab esmalt selle purustamist ja katoodist vähem kulukate komponentide, näiteks teraskesta ja elektrooniliste vooluahelate eraldamist. Seejärel eraldavad teadlased elemendid, sealhulgas niklist, koobalti, alumiiniumist ja mangaanist koosneva "musta massi", mis sisaldab haruldasi ja kalleid metalle; seda pulbrit saab seejärel uuesti töödelda ja segada värskete elementidega, et parandada jõudlust, säästes nii haruldasi metalle, mis muidu oleksid läinud raisku.

Liitiumpatareide ringlussevõtt on veel üks suurepärane võimalus võidelda selliste oluliste mineraalide nagu koobalt ja nikkel ülemaailmse puuduse vastu, mille perioodilised tarnekitsikused ohustavad elektriautode tõhusust ja kasutusiga. Ringlussevõtt võib samuti aidata lahendada selliseid ülemaailmseid mineraalide puudujääke, aidates otsesemalt rahuldada ülemaailmseid tarnenõudeid.

See protsess sarnaneb tavalise pürometallurgilise tehnikaga, kuid nõuab vähem energiat ja jäätmetekkeid kui teised ringlussevõtu meetodid. Kuna see meetod on tõhus alternatiiv pürometallurgiale - mis tavaliselt tarbib palju energiat ja tekitab samal ajal mürgiseid kõrvalsaadusi - ja hüdrometallurgia meetoditele (mis hõlmavad metallide taaskasutamist keemiliste vahenditega), on selle meetodi puhul metallide taaskasutamise määr suurem kui nende meetodite puhul.

See on keskkonnasõbralikum

Akude ringlussevõtt võib aidata vähendada elektrisõidukite ja liitiumakusid kasutavate seadmete, näiteks sülearvutite keskkonnamõju. Ringlussevõtt võib säästa väärtuslikke materjale, pakkuda taastuvaid energiaallikaid ja vähendada kaevandamisvajadust, vähendades samal ajal prügilajäätmete mahtu. Kahjuks ei ole aga patareide ringlussevõtt ilma probleemideta.

Esiteks peavad patareid olema täielikult tühjaks lastud - kuna liitiumpatareid on ohtlikud, kui neid ei lasta peatada -, et neid saaks ringlusse võtta. Kui need on ringlussevõtuks valmis, tuleb need enne sulatamist või lahustamist väikesteks tükkideks purustada ja purustada, et nende metallid tagasi saada - see protsess võib tekitada õhust tolmu, mis saastab ümbritsevat keskkonda ja võib põhjustada hingamisteede haigusi; liitiumi peetakse ohtlikuks metalliks, seega on selle hoolikas käitlemine samuti väga oluline.

Gupta sõnul on Ühendkuningriigi Faraday institutsiooni teadlased praegu teedrajavaks meetodiks liitiumpatareide ringlussevõtuks, kasutades ultrahelisondi, mis on sarnane sellega, mida hambaarstid kasutavad hammaste puhastamiseks. Ultraheli suunamine pindadele tekitab pisikesi mullid, mis implodeeruvad ja lõhkuvad katte ära, võimaldades katoodide ja anoodide taaskasutamist, mis on väärt märkimisväärseid summasid.

Lisaks aitab ringlussevõtt keskkonda, vähendades kaevandamisest tulenevaid süsinikdioksiidi heitkoguseid. McKinsey instituudi hinnangul võib akude laialdane ringlussevõtt vähendada süsinikdioksiidi heitkoguseid 25% võrra kilovatt-tunni kohta. Patareide edukaks ringlussevõtuks peab väärtuslike metallide kaevandamine toimuma edukalt, ilma katoodi või anoodi kahjustamata.

Liitiumakud sisaldavad väärismetalle, nagu nikkel ja koobalt, mida kasutatakse nii elektrisõidukites (EV) kui ka elektroonikaseadmetes, kuid on oluline meeles pidada, et neid ei tohiks kunagi panna sinistesse või kollastesse ringlussevõtu prügikastidesse - nende tuleohtlike ainete eest tuleb hoolitseda spetsiaalsetes ringlussevõtuasutustes. Kui teil on mingil põhjusel vaja liitiumpatareid ringlusse võtta, mähkige nende klemmid lihtsalt mittejuhtiva teibiga (elektri-, läbipaistva pakendi või kanaliga), enne kui annate need maha ühes ameti seitsmest kodukeemia- ja ringlussevõtukeskusest või jaemüüjast, kes võtab neid ringlussevõtuks vastu.