Ličio baterijų perdirbimo iššūkiai

Netinkamai perdirbti ličio akumuliatoriai į aplinką gali išskirti toksiškų metalų, kurie gali patekti į plaučius ir sukelti sveikatos sutrikimų, pavyzdžiui, širdies ir kraujagyslių bei plaučių ligų.

Dauguma ličio baterijų perdirbamos susmulkinant jas iki miltelių, o tada lydant (pirometalurgija) arba tirpinant rūgštyje (hidrometalurgija). Abiem šiais procesais sunaudojama daug energijos, o į aplinką išmetamos šiltnamio efektą sukeliančios dujos.

Perdirbti katodų milteliai yra poringesni už komerciškai pagamintus katodų miltelius

Katodai yra kiekvieno ličio jonų akumuliatoriaus pagrindas, nuo jų priklauso akumuliatoriaus įtampa ir veikimas. Norint pagaminti aukštos kokybės katodus, medžiagos turi būti labai akytos (paviršiaus plotas, leidžiantis ličio jonams judėti tarp anodo ir katodo), todėl akytesni katodai reiškia didesnes energijos kaupimo galimybes - iš tiesų, vieno tyrimo metu nustatyta, kad perdirbti katodų milteliai buvo akytesni už komerciškai gaminamus katodų miltelius, todėl iš perdirbtų medžiagų surinktų akumuliatorių veikimas buvo panašus į akumuliatorių, pagamintų iš pirminių medžiagų, veikimą.

Tyrimus Kalifornijos universitete Irvine atliko Nikhilo Guptos vadovaujami mokslininkai. Remdamiesi ankstesniais darbais, kurie parodė, kad naudojant perdirbtą katodinę medžiagą galima padidinti akumuliatorių efektyvumą ir pailginti ličio jonų akumuliatorių veikimo laiką, jie panaudojo naują procesą, kad pagamintų katodinius miltelius, kurie buvo daugiau nei tris kartus akytesni nei tradiciniu būdu. Kirpimas, malimas, rūgštinis išplovimas, rūšiavimas pagal dalelių dydį ir cheminę sudėtį bei apdorojimas - visa tai leidžia gauti didelio efektyvumo katodus, kurie vėliau sumaišomi su skystais elektrolitais ir apdorojami, o po to vėl sumaišomi, kad susidarytų didelio efektyvumo katodai, iš kurių gaunami didelio efektyvumo katodai, ilgiau tarnaujantys, palyginti su tradiciniais gamybos metodais, naudojamais iš perdirbtų šaltinių.

Ličio jonų akumuliatoriams reikia skysto elektrolito, kuris praleidžia jonus tarp anodo ir katodo, vadinamo elektrolitu. Paprastai jį sudaro neorganinė druska, ištirpinta nevandeniniuose organiniuose tirpikliuose, pavyzdžiui, propileno karbonate arba etileno karbonatų mišiniuose su alifatiniais karbonatais, pavyzdžiui, dimetilo, dietilo ir etilmetilkarbonatais), šis elementas atlieka esminį vaidmenį akumuliatoriaus veikimui. Norint užtikrinti optimalų akumuliatoriaus veikimą, jis turi užtikrinti mažos varžos sąsają, kad akumuliatorius veiktų efektyviai - elektrolito parinkimas yra labai svarbus akumuliatoriaus veikimui.

Perdirbant ličio akumuliatorius tradiciškai jie mechaniškai smulkinami ir lydomi arba tirpinami rūgštyje. Deja, šiems procesams atlikti reikia pernelyg daug elektros energijos, be to, susidaro nepatogi metalų masė, kurią sunku perdirbti. Vietoj to šiame tyrime siūlomas "tiesioginis katodų perdirbimas" - energiją taupanti alternatyva.

Tiesioginis katodų perdirbimas apima baterijos išardymą į atskirus elementus ir jų rūšiavimą pagal fizines savybes. Pirmiausia, inertinėje aplinkoje atliekama pjaustymo operacija; vėliau medžiagos susmulkinamos ir sumalamos į smulkias frakcijas atskyrimo ir gryninimo tikslais. Šio proceso metu iš tirpalo pašalinamos tokios priemaišos, kaip aliuminis ir varis, kurios gali stabdyti veikimą, taip pat pereinamųjų metalų jonai, pavyzdžiui, Ni2+ ir Co2+, o kaip išeities produktai lieka tik ličio druskos ir grafitas.

Tai pigiau nei nauji katodo milteliai

Elektromobiliuose ir išmaniuosiuose telefonuose, taip pat vaikų žaisluose, elektroninėse cigaretėse ir nešiojamuosiuose kompiuteriuose naudojamas ličio jonų baterijas dažnai galima perdirbti, tačiau šis procesas dažnai būna sudėtingas ir brangus; tai atbaido daugelį įmonių nuo perdirbimo verslo pradžios; tačiau mokslininkai ieško sprendimų, kaip perdirbimą padaryti paprastesnį, pigesnį, greitesnį ir ekologiškesnį.

Ličio akumuliatoriai gaminami iš įvairių medžiagų, įskaitant varį ir kobaltą. Nors šie metalai yra būtini akumuliatoriams gaminti, jų gavyba gali būti pavojinga dėl toksiškų atliekų susidarymo, be to, jie prisideda prie klimato kaitos, nes kasybos metu išsiskiria šiltnamio efektą sukeliančios dujos. Akumuliatorių perdirbimas yra vienas iš sprendimų, padedančių sumažinti tokių išteklių paklausą ir kartu sumažinti jų poveikį aplinkai.

Perdirbimas gali padėti apsaugoti mūsų vertingus išteklius, nes jie nepatenka į sąvartynus, kur gali pakenkti aplinkai, taip pat sumažinti energijos naudojimą žaliavoms, kurių gamybai reikia brangios energijos (o tai prisideda prie šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijos), gaminti arba padėti išvengti trečiojo pasaulio darbininkų, nesaugiomis sąlygomis kasančių kobaltą ar kitas naudingąsias iškasenas, išnaudojimo.

Įprastas ličio jonų akumuliatorių perdirbimo būdas - smulkinti ir gryninti jų sudedamąsias dalis, kad būtų galima išgauti katodą. Deja, tai brangu ir neefektyvu, nes tai neleidžia pagaminti kokybiškų produktų. Laimei, mokslininkai kuria alternatyvius procesus, kurie išsaugo katodus nepažeistus, kad juos būtų galima parduoti nesugadintus; šie procesai bus daug pigesni ir ekologiškesni nei tradiciniai.

Nors ličio jonų baterijas dažnai galima perdirbti, kiekvienas ciklas gali šiek tiek sumažinti jų grynumą. Todėl vartotojams rekomenduojama susirasti vietinę panaudotų ličio baterijų atidavimo vietą - nors jos gali būti pakankamai saugios, kad jas būtų galima išmesti į kasdienę šiukšlių dėžę, ličio jonų baterijose yra kenksmingų cheminių medžiagų, kurios gali suardyti šalia esančius daiktus, jei bus paliktos per ilgai. Todėl saugų šalinimą galima užtikrinti naudojantis atitinkama perdirbimo paslauga arba pasikonsultavus su gamintoju dėl instrukcijų.

Tai saugiau nei nauji katodo milteliai

Ličio baterijos tapo neatsiejama elektrinių transporto priemonių ir kitų švarios energijos produktų sudedamąja dalimi, tačiau jos turi būti perdirbamos atsakingai, kad nekeltų gaisro pavojaus ir į aplinką nepatektų toksiškų cheminių medžiagų. Vietoj to, kad išmestumėte baterijas, reikėtų naudotis baterijų perdirbimo centrais; mėlynos ar geltonos spalvos šiukšliadėžės gali jas pažeisti perdirbimo metu ir kelti gaisro pavojų; vietoj to jas reikėtų palikti viename iš septynių buitinių cheminių medžiagų ir baterijų perdirbimo centrų.

Šie centrai specializuojasi ličio baterijų, esančių tokiuose gaminiuose kaip elektriniai įrankiai, skaitmeniniai fotoaparatai, vaikų žaislai, elektroninės cigaretės ir nešiojamieji kompiuteriai, perdirbime. Be to, jie siūlo saugius sprendimus, kaip utilizuoti automobiliuose ar namuose naudojamas didesnes vatvalandžių baterijas, tačiau negali priimti mažesnių vatvalandžių baterijų, nes jos yra pernelyg pavojingos. Jei turite vieną iš šių didelių vatvalandžių baterijų ir norite ją perdirbti - apsilankykite viename iš septynių perdirbimo centrų!

Perdirbant ličio akumuliatorių pirmiausia jis susmulkinamas ir nuo katodo atskiriami pigesni komponentai, pavyzdžiui, plieninis akumuliatoriaus korpusas ir elektroninės grandinės. Tada mokslininkai išgauna elementus, įskaitant "juodąją masę" - iš nikelio, kobalto, aliuminio ir mangano sudarytą ekstraktą, kuriame yra retų ir brangių metalų; tada šiuos miltelius galima atnaujinti ir sumaišyti su šviežiais elementais, kad pagerėtų veikimas, taip išsaugant retus metalus, kurie kitu atveju būtų išmesti.

Ličio baterijų perdirbimas - dar vienas puikus būdas kovoti su pagrindinių mineralų, tokių kaip kobaltas ir nikelis, trūkumu pasaulyje, nes jų pasiūla periodiškai mažėja, o tai kelia grėsmę elektromobilių efektyvumui ir eksploatavimo trukmei. Perdirbimas taip pat gali padėti spręsti pasaulinio mineralų trūkumo problemą, nes padeda tiesiogiai patenkinti pasaulinius tiekimo poreikius.

Šis procesas panašus į standartinius pirometalurgijos metodus, tačiau jam reikia mažiau energijos ir mažiau atliekų nei kitiems perdirbimo metodams. Šis metodas yra veiksminga alternatyva pirometalurgijai, kuriai paprastai sunaudojama daug energijos ir susidaro toksiški šalutiniai produktai, ir hidrometalurgijos metodams (kai metalai išgaunami cheminiu būdu), todėl metalų išgaunama daugiau nei vien tik šiais metodais.

Tai ekologiškiau

Akumuliatorių perdirbimas gali padėti sumažinti poveikį aplinkai, susijusį su elektra varomomis transporto priemonėmis (EV) ir prietaisais, kuriuose naudojamos ličio baterijos, pvz., nešiojamaisiais kompiuteriais. Perdirbant galima išsaugoti vertingas medžiagas, gauti atsinaujinančius energijos šaltinius ir sumažinti kasybos poreikį, kartu mažinant sąvartynų atliekų kiekį. Tačiau, deja, baterijų perdirbimas neapsieina be iššūkių.

Pirma, norint perdirbti baterijas, jos turi būti visiškai iškrautos, nes ličio baterijos yra pavojingos, jei lieka neišsikrovusios. Paruoštas perdirbti baterijas reikia suskaldyti ir susmulkinti į mažus gabalėlius, o tada išlydyti arba ištirpinti, kad būtų galima išgauti metalus - šio proceso metu gali susidaryti ore esančios dulkės, kurios užteršia aplinką ir gali sukelti kvėpavimo takų ligas; litis laikomas pavojingu metalu, todėl su juo taip pat labai svarbu elgtis atsargiai.

Faradėjaus instituto Jungtinėje Karalystėje mokslininkai šiuo metu pirmieji taiko naują ličio baterijų perdirbimo metodą, naudodami ultragarsinį zondą, "panašų į tą, kurį dantistai naudoja dantims valyti", - sako Gupta. Fokusuojant ultragarsą į paviršių susidaro maži burbuliukai, kurie imploduoja ir susprogdina dangą, todėl galima išgauti katodus ir anodus, kurie verti nemažų pinigų sumų.

Be to, perdirbimas padeda aplinkai, nes mažina anglies dioksido išmetimą dėl kasybos. Remiantis McKinsey instituto skaičiavimais, plačiai paplitęs akumuliatorių perdirbimas galėtų sumažinti anglies dioksido išmetimą 25% kilovatvalandei. Kad akumuliatorių perdirbimas vyktų sėkmingai, turi būti sėkmingai išgaunami vertingi metalai nepažeidžiant katodo ar anodo.

Ličio baterijose yra tokių brangiųjų metalų kaip nikelis ir kobaltas, kurie naudojami ir elektrinėse transporto priemonėse (EV), ir elektroniniuose prietaisuose, tačiau svarbu nepamiršti, kad jų niekada negalima mesti į mėlynus ar geltonus perdirbimo konteinerius - šiais gaisro pavojais turi būti pasirūpinta specializuotose perdirbimo įmonėse. Jei dėl kokių nors priežasčių jums reikia perdirbti ličio baterijas, tiesiog apvyniokite jų gnybtus nelaidžia juosta (elektrine, permatoma pakavimo ar ortakio juosta), prieš atiduodami jas į vieną iš septynių Tarnybos buitinės chemijos ir perdirbimo centrų arba į mažmenininkus, kurie priima jas perdirbti.