Litija bateriju pārstrādes problēmas

Ja litija baterijas netiek pienācīgi pārstrādātas, vidē var izdalīties toksiski metāli, kas pēc tam var nonākt plaušās un izraisīt veselības problēmas, piemēram, sirds un asinsvadu un plaušu slimības.

Lielākā daļa litija bateriju tiek pārstrādātas, sasmalcinot tās pulverī, un pēc tam tās tiek kausētas (pirometalurģija) vai izšķīdinātas skābē (hidrometalurģija). Abos procesos tiek patērēts milzīgs enerģijas daudzums, vienlaikus vidē izdalot siltumnīcefekta gāzes.

Pārstrādāts katoda pulveris ir poraināks nekā komerciāli ražots katoda pulveris.

Katodi ir katra litija jonu akumulatora kodols, kas nosaka tā spriegumu un veiktspēju. Lai iegūtu augstas kvalitātes katodus, materiāliem jābūt ar augstu porainību (virsmas laukums, kas ļauj litija joniem pārvietoties starp anodu un katodu), tāpēc poraināki katodi nozīmē lielākas enerģijas uzkrāšanas spējas - faktiski vienā pētījumā tika konstatēts, ka pārstrādāts katoda pulveris ir poraināks nekā komerciāli ražots katoda pulveris un tādējādi ļauj akumulatoriem, kas samontēti, izmantojot pārstrādātu materiālu, nodrošināt līdzīgu veiktspēju kā tiem, kas izgatavoti, izmantojot neapstrādātus materiālus.

Pētījumu Kalifornijas Universitātē Irvinā veica pētnieki Nikhila Guptas vadībā. Balstoties uz iepriekš veikto darbu, kas parādīja, ka pārstrādāta katoda materiāla izmantošana var palielināt akumulatoru efektivitāti un pagarināt litija jonu akumulatoru darbības laiku, viņi izmantoja jaunu procesu, lai iegūtu katoda pulveri, kas ir vairāk nekā trīs reizes poraināks nekā tradicionālā metode. Griešana, malšana, skābes izskalošana, šķirošana pēc daļiņu lieluma un ķīmiskā sastāva un apstrāde - visi šie procesi ļauj iegūt augstas veiktspējas katodus, kurus pēc tam sajauc ar šķidrajiem elektrolītiem un apstrādā, pirms tos atkal sajauc, veidojot augstas veiktspējas katodus, kas dod augstas veiktspējas katodus, kuri ilgāk kalpo lietošanā, salīdzinot ar tradicionālajām ražošanas metodēm, kuras izmanto no pārstrādātiem avotiem.

Litija jonu akumulatoriem ir nepieciešams šķidrs elektrolīts, lai pārvadītu jonus starp anodu un katodu, ko sauc par elektrolītu. Parasti to veido neorganiskais sāls, kas izšķīdināts neūdens organiskos šķīdinātājos, piemēram, propilēnkarbonātā vai etilēnkarbonātu maisījumos ar alifātiskajiem karbonātiem, piemēram, dimetil-, dietil- un etilmetilkarbonātiem), un šim elementam ir būtiska nozīme akumulatora darbībā. Optimālai akumulatora darbībai tam jānodrošina zema pretestības saskarne, lai akumulatora darbība būtu efektīva - elektrolīta izvēle ir ļoti svarīga akumulatora darbībai.

Litija bateriju pārstrāde tradicionāli ir saistīta ar to mehānisku smalcināšanu un kausēšanu vai izšķīdināšanu skābē. Diemžēl šo procesu darbībai ir nepieciešams pārmērīgs elektroenerģijas daudzums, vienlaikus radot smagnēju metālu masu, ko ir grūti pārstrādāt. Tā vietā šajā pētījumā ir ierosināta "tiešā katoda pārstrāde", kas ir alternatīva enerģijas taupīšanai.

Tiešā katoda pārstrāde ietver akumulatora sadalīšanu atsevišķos elementos un to šķirošanu pēc fizikālajām īpašībām. Vispirms notiek griešana inertā atmosfērā; pēc tam materiālus sasmalcina un sasmalcina smalkās frakcijās atdalīšanas un attīrīšanas nolūkā. Šajā procesā no šķīduma tiek atdalīti tādi piemaisījumi kā alumīnijs un varš, kas varētu kavēt akumulatora darbību, kā arī pārejas metālu joni, piemēram, Ni2+ un Co2+, atstājot tikai litija sāļus un grafītu kā izejas produktus.

Tas ir lētāk nekā jauns katoda pulveris.

Litija jonu baterijas, ko izmanto elektromobiļos un viedtālruņos, kā arī bērnu rotaļlietās, e-cigaretēs un klēpjdatoros, bieži vien var pārstrādāt; tomēr šis process bieži vien var būt apgrūtinošs un dārgs; tas ir atturējis daudzus uzņēmumus no pārstrādes uzņēmējdarbības uzsākšanas; tomēr pētnieki strādā pie risinājumiem, lai pārstrādi padarītu vienkāršāku, lētāku, ātrāku un videi draudzīgāku.

Litija baterijas tiek veidotas, izmantojot dažādus materiālus, tostarp varu un kobaltu. Lai gan šie metāli ir būtiski bateriju ražošanā, to ieguve var būt bīstama, jo rodas toksiski atkritumi, turklāt tie veicina arī klimata pārmaiņas, izdalot siltumnīcefekta gāzes ieguves procesu laikā. Akumulatoru otrreizējā pārstrāde ir viens no risinājumiem, kas palīdz samazināt pieprasījumu pēc šādiem resursiem, vienlaikus mazinot to ietekmi uz vidi.

Otrreizējā pārstrāde var palīdzēt aizsargāt mūsu vērtīgos resursus, neļaujot tiem nonākt atkritumu poligonos, kur tie var nodarīt kaitējumu videi, kā arī samazināt enerģijas patēriņu, lai ražotu izejmateriālus, kuru ražošanai nepieciešama dārga enerģija (kas veicina siltumnīcefekta gāzu emisijas), vai palīdzēt izvairīties no trešo pasaules valstu strādnieku ekspluatācijas, kas kobalta vai citu minerālu ieguvi veic nedrošos apstākļos.

Tipiskā litija jonu akumulatoru pārstrādes metode ietver to sastāvdaļu smalcināšanu un attīrīšanu, lai iegūtu katodu. Diemžēl tas ir gan dārgi, gan neefektīvi, lai iegūtu kvalitatīvus produktus. Par laimi, pētnieki izstrādā alternatīvus procesus, kas ļauj saglabāt katodus neskartus, lai tos varētu pārdot neskartus; tie būs daudz lētāki un videi nekaitīgāki nekā tradicionālie analogi.

Lai gan litija jonu baterijas bieži vien var pārstrādāt, katrs cikls var nedaudz samazināt to tīrību. Tāpēc patērētājiem ieteicams atrast vietējo izlietoto litija bateriju nodošanas vietu - lai gan tās var būt pietiekami drošas ikdienas atkritumu tvertņu izmešanai, litija jonu baterijas satur kaitīgas ķīmiskas vielas, kas var izraisīt tuvumā esošo priekšmetu koroziju, ja tās pārāk ilgi tiek atstātas novārtā. Tāpēc, izmantojot atbilstošu pārstrādes pakalpojumu vai konsultējoties ar ražotāju, lai saņemtu norādījumus, var nodrošināt drošu utilizāciju.

Tas ir drošāks nekā jauns katoda pulveris.

Litija baterijas ir kļuvušas par elektrisko transportlīdzekļu (EV) un citu tīras enerģijas produktu neatņemamu sastāvdaļu, taču tās ir jāpārstrādā atbildīgi, lai neradītu ugunsbīstamību vai toksisku ķīmisko vielu noplūdi vidē. Tā vietā, lai baterijas izmestu atkritumos, ir jāizmanto bateriju pārstrādes centri; zilās vai dzeltenās pārstrādes tvertnes var potenciāli sabojāt tās pārstrādes laikā un radīt ugunsgrēka risku; tā vietā tās ir jānodod vienā no septiņiem sadzīves ķīmisko vielu un bateriju pārstrādes centriem.

Šie centri specializējas litija bateriju, kas atrodamas tādos produktos kā elektroinstrumenti, digitālās kameras, bērnu rotaļlietas, e-cigaretes un klēpjdatori, pārstrādē. Turklāt tie piedāvā drošus utilizācijas risinājumus lielākām vatstundu baterijām, ko izmanto automašīnās vai mājās, bet nevar pieņemt mazākas vatstundu baterijas, jo tās ir pārāk bīstamas. Ja jums pieder kāda no šīm lielajām vatstundu baterijām un vēlaties, lai tā tiktu pārstrādāta - apmeklējiet kādu no septiņiem pārstrādes centriem!

Litija bateriju pārstrādē vispirms to sasmalcina un no katoda atdala lētākas sastāvdaļas, piemēram, tērauda baterijas apvalku un elektroniskās shēmas. Pēc tam zinātnieki iegūst elementus, tostarp "melno masu" - ekstraktu, kas sastāv no niķeļa, kobalta, alumīnija un mangāna, kas satur retus un dārgus metālus; šo pulveri pēc tam var atjaunot un sajaukt ar svaigiem elementiem, lai uzlabotu veiktspēju, tādējādi ietaupot retos metālus, kas citādi tiktu izmesti atkritumos.

Litija akumulatoru otrreizēja pārstrāde ir vēl viens lielisks veids, kā cīnīties ar tādu svarīgu minerālu kā kobalta un niķeļa trūkumu pasaulē, jo to piegāde periodiski samazinās, apdraudot elektromobiļu efektivitāti un kalpošanas ilgumu. Pārstrāde var arī palīdzēt risināt šādu minerālu globālo trūkumu, palīdzot tiešāk apmierināt globālās piegādes pieprasījumu.

Šis process līdzinās standarta pirometalurģijas metodēm, taču prasa mazāk enerģijas un atkritumu nekā citas pārstrādes metodes. Šī metode ir efektīva alternatīva pirometalurģijai, kas parasti patērē daudz enerģijas, vienlaikus radot toksiskus blakusproduktus, un hidrometalurģijas metodēm (kas ietver metālu atgūšanu ar ķīmiskiem paņēmieniem), un tai ir lielāki metālu atgūšanas rādītāji nekā tikai šīm metodēm.

Tas ir videi draudzīgāks

Akumulatoru otrreizējā pārstrāde var palīdzēt mazināt ietekmi uz vidi, kas saistīta ar elektriskajiem transportlīdzekļiem (EV) un ierīcēm, kurās izmanto litija akumulatorus, piemēram, klēpjdatorus. Pārstrāde var saglabāt vērtīgus materiālus, nodrošināt atjaunojamus enerģijas avotus un samazināt ieguves vajadzības, vienlaikus samazinot atkritumu poligonu atkritumu apjomu. Tomēr diemžēl bateriju pārstrāde nav bez problēmām.

Pirmkārt, lai baterijas varētu pārstrādāt, tām jābūt pilnībā izlādētām, jo litija baterijas ir bīstamas, ja tās netiek atdalītas. Kad baterijas ir gatavas pārstrādei, tās jāsadala un jāsasmalcina sīkos gabaliņos pirms kausēšanas vai šķīdināšanas, lai atgūtu tajās esošos metālus - šajā procesā var rasties gaisā esoši putekļi, kas piesārņo apkārtējo vidi un var izraisīt elpceļu saslimšanas; litijs tiek uzskatīts par bīstamu metālu, tāpēc arī ar to ir svarīgi rīkoties uzmanīgi.

Pētnieki Faradeja institūtā Apvienotajā Karalistē tagad ir aizsākuši jaunu litija bateriju pārstrādes metodi, izmantojot ultraskaņas zondi, "līdzīgu tai, ko zobārsti izmanto zobu tīrīšanai", saka Gupta. Fokusējot ultraskaņu uz virsmām, tiek radīti mazi burbuļi, kas implodē un nopūš pārklājumu, ļaujot atgūt katodus un anodus, kuru vērtība ir ievērojamas naudas summas.

Turklāt otrreizējā pārstrāde palīdz videi, samazinot oglekļa emisijas, kas rodas ieguves procesā. Saskaņā ar McKinsey institūta aplēsēm, plaši izplatīta bateriju otrreizēja pārstrāde varētu samazināt oglekļa emisijas par 251 TP3T uz kilovatstundu. Lai akumulatoru pārstrāde noritētu veiksmīgi, vērtīgo metālu ieguvei ir jānotiek sekmīgi, nebojājot katodu vai anodu.

Litija baterijas satur tādus dārgmetālus kā niķelis un kobalts, kurus izmanto gan elektriskajos transportlīdzekļos (EV), gan elektroniskajās ierīcēs, taču ir svarīgi atcerēties, ka tās nekad nedrīkst mest zilajos vai dzeltenajos atkritumu konteineros - par šiem ugunsbīstamajiem atkritumiem jārūpējas specializētās pārstrādes rūpnīcās. Ja kāda iemesla dēļ jums ir jāpārstrādā litija baterijas, vienkārši ietiniet to spailes nevadošā līmlentē (elektriskā, caurspīdīgā iepakojuma vai kanālā), pirms tās nogādāt kādā no septiņiem Iestādes sadzīves ķīmijas un pārstrādes centriem vai mazumtirgotājiem, kas tās pieņem pārstrādei.