Provocările reciclării bateriilor cu litiu

Bateriile cu litiu care nu sunt reciclate corespunzător pot elibera metale toxice în mediu, care pot fi apoi inhalate în plămâni și pot cauza probleme de sănătate precum afecțiuni cardiovasculare și pulmonare.

Majoritatea bateriilor cu litiu sunt reciclate prin mărunțirea lor sub formă de pulbere înainte de a fi topite (pirometalurgie) sau dizolvate în acid (hidrometalurgie). Ambele procese consumă cantități mari de energie, emițând în același timp gaze cu efect de seră în mediu.

Pulberea catodică reciclată este mai poroasă decât pulberea catodică fabricată în comerț

Catozii se află la baza fiecărei baterii litiu-ion, fiind responsabili pentru tensiunea și performanța acesteia. Pentru a produce catozi de înaltă calitate, materialele trebuie să aibă o porozitate ridicată (suprafața care permite ionilor de litiu să se deplaseze între anod și catod), astfel încât catozii mai poroși înseamnă capacități mai mari de stocare a energiei - de fapt, un studiu a constatat că pulberea de catod reciclată era mai poroasă decât pulberea de catod fabricată în comerț și, prin urmare, a permis bateriilor asamblate folosind materiale reciclate să aibă performanțe similare cu cele fabricate folosind materiale virgine.

Cercetarea a fost efectuată la Universitatea din California, Irvine, de către cercetători conduși de Nikhil Gupta. Bazându-se pe lucrări anterioare care au arătat că utilizarea materialului catodic reciclat ar putea crește eficiența bateriilor și prelungi durata de funcționare a bateriilor litiu-ion, aceștia au utilizat un proces nou pentru a produce pulbere catodică de trei ori mai poroasă decât metoda sa tradițională. Tăierea, măcinarea, levigarea acidă, sortarea în funcție de dimensiunea particulelor și de chimie, precum și prelucrarea au ca rezultat catozi de înaltă performanță care sunt apoi amestecați cu electroliți lichizi și prelucrați înainte de a fi amestecați din nou pentru a forma catozi de înaltă performanță care produc catozi de înaltă performanță care durează mai mult în utilizare în comparație cu metodele tradiționale de producție utilizate din surse reciclate.

Bateriile litiu-ion necesită un electrolit lichid pentru a conduce ionii între anod și catod, cunoscut sub numele de electrolit. De obicei compus din sare anorganică dizolvată în solvenți organici neapoși, cum ar fi carbonatul de propilenă sau amestecuri de carbonați de etilenă cu carbonați alifatici, cum ar fi metilcarbonatele de dimetil, dietil și etil), acest element joacă un rol esențial în performanța bateriei. Pentru o performanță optimă a bateriei, acesta trebuie să asigure o interfață cu rezistență scăzută pentru o performanță eficientă a bateriei - selectarea unui electrolit este de o importanță esențială pentru performanța bateriei.

Reciclarea bateriilor cu litiu a implicat în mod tradițional mărunțirea și topirea mecanică a acestora sau dizolvarea lor în acid. Din păcate, aceste procese necesită cantități excesive de energie electrică pentru a funcționa, producând în același timp o masă greoaie de metale greu de reciclat. În schimb, această cercetare propune "reciclarea directă a catozilor", o alternativă de economisire a energiei.

Reciclarea directă a catozilor implică dezasamblarea unei baterii în elementele sale individuale și sortarea acestora pe baza proprietăților lor fizice. În primul rând, forfecarea se realizează în atmosferă inertă; apoi, materialele sunt zdrobite și măcinate în fracțiuni fine în scopul separării și purificării. Acest proces elimină impuritățile precum aluminiul și cuprul care ar putea inhiba performanța, precum și ionii metalelor de tranziție precum Ni2+ și Co2+ din soluție, lăsând în urmă doar săruri de litiu și grafit ca produse de ieșire.

Este mai ieftin decât pulberea catodică nouă

Bateriile litiu-ion utilizate în mașinile electrice și smartphone-uri, precum și în jucăriile pentru copii, țigările electronice și laptopurile pot fi adesea reciclate; cu toate acestea, procesul poate fi adesea greoi și costisitor; acest lucru a descurajat multe companii să înceapă o afacere de reciclare; cu toate acestea, cercetătorii lucrează la soluții pentru a face reciclarea mai simplă, mai ieftină, mai rapidă și mai ecologică.

Bateriile cu litiu sunt construite folosind diverse materiale, inclusiv cupru și cobalt. Deși aceste metale sunt esențiale în producția de baterii, extracția lor poate fi periculoasă din cauza producerii de deșeuri toxice, contribuind în același timp la schimbările climatice prin emiterea de gaze cu efect de seră în timpul proceselor de extracție. Reciclarea bateriilor oferă o soluție pentru a contribui la reducerea cererii de astfel de resurse, atenuând în același timp impactul acestora asupra mediului.

Reciclarea poate contribui la protejarea resurselor noastre valoroase prin evitarea depozitării acestora la gropile de gunoi, unde ar putea dăuna mediului, precum și la reducerea consumului de energie pentru producerea materiilor prime care necesită energie costisitoare pentru a fi produse (ceea ce contribuie la emisiile de gaze cu efect de seră) sau la evitarea exploatării muncitorilor din lumea a treia care sapă pentru cobalt sau alte minerale în condiții nesigure.

Metoda tipică de reciclare a bateriilor litiu-ion presupune mărunțirea și purificarea componentelor acestora pentru a extrage catodul. Din păcate, această metodă este atât costisitoare, cât și ineficientă pentru obținerea unor produse de calitate. Din fericire, cercetătorii dezvoltă procese alternative care păstrează catozii intacți, astfel încât aceștia să poată fi vânduți intacți; aceste procese vor fi mult mai puțin costisitoare și ecologice decât cele tradiționale.

Deși bateriile litiu-ion pot fi adesea reciclate, fiecare ciclu le poate reduce ușor puritatea. Prin urmare, consumatorilor li se recomandă să găsească o locație locală de depozitare a bateriilor cu litiu uzate - deși pot fi suficient de sigure pentru aruncarea zilnică la coșul de gunoi, bateriile litiu-ion conțin substanțe chimice nocive care ar putea coroda obiectele din apropiere dacă sunt lăsate să zacă prea mult timp. Prin urmare, utilizarea unui serviciu de reciclare adecvat sau consultarea producătorului pentru instrucțiuni poate asigura o eliminare sigură.

Este mai sigură decât pulberea catodică nouă

Bateriile cu litiu au devenit o componentă integrantă a vehiculelor electrice (EV) și a altor produse cu energie curată, dar trebuie reciclate în mod responsabil pentru a evita riscul de incendiu sau scurgerea de substanțe chimice toxice în mediu. Centrele de reciclare a bateriilor ar trebui utilizate în loc să se arunce bateriile; pubelele de reciclare albastre sau galbene le-ar putea deteriora în timpul procesării și ar prezenta riscuri de incendiu; în schimb, acestea ar trebui lăsate la unul dintre cele șapte centre Home Chemical and Battery Recycling Centers.

Aceste centre sunt specializate în reciclarea bateriilor cu litiu care se găsesc în produse precum unelte electrice, aparate foto digitale, jucării pentru copii, țigări electronice și laptopuri. În plus, acestea oferă soluții sigure de eliminare a bateriilor mai mari de watt-oră utilizate în mașini sau case, dar nu le pot accepta pe cele mai mici de watt-oră deoarece sunt prea periculoase. Dacă dețineți una dintre aceste baterii mari de watt-oră și doriți să o reciclați - vizitați unul dintre cele șapte centre de reciclare!

Reciclarea unei baterii cu litiu presupune mai întâi mărunțirea acesteia și separarea componentelor mai puțin costisitoare, cum ar fi carcasa de oțel a bateriei și circuitele electronice, de catodul său. Oamenii de știință extrag apoi elemente, inclusiv "Black Mass", un extract compus din nichel, cobalt, aluminiu și mangan, care conține metale rare și scumpe; această pulbere poate fi apoi recondiționată și amestecată cu elemente noi pentru îmbunătățirea performanței, salvând astfel metale rare care altfel s-ar fi irosit.

Reciclarea bateriilor cu litiu este o altă modalitate foarte bună de a combate penuria globală de minerale-cheie, precum cobaltul și nichelul, a căror aprovizionare periodică este afectată și care amenință eficiența și durata de viață a vehiculelor electrice. De asemenea, reciclarea poate contribui la soluționarea penuriei globale de minerale de acest tip, ajutând la satisfacerea mai directă a cererilor globale de aprovizionare.

Acest proces seamănă cu tehnicile pirometalurgice standard, dar necesită mai puțină energie și producție de deșeuri decât alte tehnici de reciclare. Ca alternativă eficientă la pirometalurgie - care consumă de obicei o cantitate semnificativă de energie și produce în același timp subproduse toxice - și la metodele hidrometalurgice (care implică recuperarea metalelor prin mijloace chimice), această metodă are rate mai mari de recuperare a metalelor decât aceste tehnici în sine.

Este mai prietenos cu mediul

Reciclarea bateriilor poate contribui la reducerea impactului asupra mediului asociat vehiculelor electrice (VE) și dispozitivelor care utilizează baterii cu litiu, cum ar fi laptopurile. Reciclarea poate conserva materiale prețioase, poate furniza surse de energie regenerabilă și poate reduce nevoile de exploatare minieră, reducând în același timp volumul deșeurilor depozitate la gropile de gunoi. Din păcate, însă, reciclarea bateriilor nu este lipsită de provocări.

În primul rând, bateriile trebuie să fie complet descărcate - deoarece bateriile cu litiu sunt periculoase dacă rămân nesuspendate - pentru a putea fi reciclate. Odată pregătite pentru reciclare, acestea trebuie sparte și mărunțite în bucăți mici înainte de a fi topite sau dizolvate pentru a le recupera metalele - acest proces poate produce praf în suspensie care contaminează mediul înconjurător și poate duce la boli respiratorii; litiul este considerat un metal periculos, prin urmare manipularea sa cu atenție este, de asemenea, esențială.

Cercetătorii de la Faraday Institution din Regatul Unit sunt în prezent pionierii unei noi metode de reciclare a bateriilor cu litiu, folosind o sondă cu ultrasunete "similară cu cea folosită de dentiști pentru curățarea dinților", spune Gupta. Concentrarea ultrasunetelor pe suprafețe creează bule minuscule care implodează și elimină stratul de acoperire, permițând recuperarea catozilor și a anozilor care valorează sume importante de bani.

În plus, reciclarea ajută mediul prin reducerea emisiilor de carbon provenite din minerit. Conform estimărilor Institutului McKinsey, reciclarea generalizată a bateriilor ar putea reduce emisiile de carbon cu 25% pe kilowatt-oră. Pentru ca reciclarea bateriilor să aibă loc cu succes, trebuie să se realizeze cu succes extracția metalelor valoroase fără a deteriora catodul sau anodul.

Bateriile cu litiu conțin metale prețioase, precum nichel și cobalt, care sunt utilizate atât în vehiculele electrice (VE), cât și în dispozitivele electronice, dar este important să rețineți că acestea nu trebuie niciodată introduse în pubelele de reciclare albastre sau galbene - aceste pericole de incendiu trebuie rezolvate în instalații de reciclare specializate. Dacă trebuie să reciclați bateriile cu litiu din orice motiv, pur și simplu înfășurați bornele acestora în bandă neconductoare (electrică, de ambalare transparentă sau de conductă) înainte de a le depune la unul dintre cele șapte centre de reciclare și produse chimice la domiciliu ale Autorității sau la comercianții care le acceptă pentru reciclare.