Проблемы утилизации литиевых батарей

Литиевые батареи, которые не перерабатываются должным образом, могут выделять в окружающую среду токсичные металлы, которые затем могут попасть в ваши легкие и вызвать такие проблемы со здоровьем, как сердечно-сосудистые и легочные заболевания.

Большинство литиевых батарей перерабатываются путем измельчения до порошкообразного состояния, а затем либо переплавляются (пирометаллургия), либо растворяются в кислоте (гидрометаллургия). Оба процесса потребляют огромное количество энергии и выбрасывают в окружающую среду парниковые газы.

Переработанный катодный порошок более пористый, чем катодный порошок промышленного производства

Катоды лежат в основе каждого литий-ионного аккумулятора, отвечая за его напряжение и производительность. Для производства высококачественных катодов материалы должны обладать высокой пористостью (площадь поверхности, позволяющая ионам лития перемещаться между анодом и катодом), поэтому более пористые катоды означают большую способность накапливать энергию - в одном из исследований было обнаружено, что переработанный катодный порошок обладает большей пористостью, чем катодный порошок коммерческого производства, что позволяет батареям, собранным из переработанного материала, иметь такие же характеристики, как и батареи, изготовленные из первичных материалов.

Исследование проводилось в Калифорнийском университете в Ирвайне учеными под руководством Нихила Гупты. Основываясь на результатах предыдущей работы, показавшей, что использование переработанного катодного материала может повысить эффективность и увеличить время работы литий-ионных аккумуляторов, они использовали новый процесс для получения катодного порошка, который более чем в три раза пористее, чем при традиционном методе. В результате сдвига, измельчения, кислотного выщелачивания, сортировки по размеру частиц, химического состава и обработки получаются высокоэффективные катоды, которые затем смешиваются с жидким электролитом и обрабатываются, после чего снова смешиваются, образуя высокоэффективные катоды, которые служат дольше по сравнению с традиционными методами производства из переработанных источников.

Для проведения ионов между анодом и катодом литий-ионным батареям требуется жидкий электролит, называемый электролитом. Обычно состоящий из неорганической соли, растворенной в неводных органических растворителях, таких как пропиленкарбонат или смеси этиленкарбонатов с алифатическими карбонатами, такими как диметил-, диэтил- и этилметилкарбонаты), этот элемент играет важную роль в работе батареи. Для оптимальной работы батареи он должен обеспечивать низкое сопротивление на границе раздела фаз - выбор электролита имеет ключевое значение для работы батареи.

Переработка литиевых батарей традиционно предполагает их механическое измельчение и переплавку или растворение в кислоте. К сожалению, эти процессы требуют чрезмерного количества электроэнергии для работы, а также производят громоздкую массу металлов, которую трудно переработать. Вместо этого в данном исследовании предлагается "прямая переработка катодов" - энергосберегающая альтернатива.

Прямая переработка катодов подразумевает разборку батареи на отдельные элементы и их сортировку по физическим свойствам. Сначала в инертной атмосфере производится срез, затем материалы дробятся и измельчаются на мелкие фракции для разделения и очистки. В ходе этого процесса из раствора удаляются примеси, такие как алюминий и медь, которые могут снижать производительность, а также ионы переходных металлов, например Ni2+ и Co2+, в результате чего на выходе остаются только соли лития и графит.

Это дешевле, чем новый катодный порошок.

Литий-ионные батареи, используемые в электромобилях и смартфонах, а также в детских игрушках, электронных сигаретах и ноутбуках, часто можно перерабатывать. Однако этот процесс может быть громоздким и дорогостоящим, что отбивает у многих компаний желание открывать бизнес по переработке. Однако исследователи работают над решениями, которые позволят сделать переработку проще, дешевле, быстрее и экологичнее.

Для изготовления литиевых батарей используются различные материалы, в том числе медь и кобальт. Хотя эти металлы необходимы для производства батарей, их добыча может быть опасной из-за образования токсичных отходов, а также способствовать изменению климата за счет выброса парниковых газов в процессе добычи. Переработка аккумуляторов - одно из решений, позволяющих снизить потребность в таких ресурсах и одновременно уменьшить их воздействие на окружающую среду.

Переработка помогает защитить наши ценные ресурсы, не допуская их попадания на свалки, где они могут нанести вред окружающей среде, а также сократить потребление энергии для производства сырья, требующего дорогостоящей энергии для производства (что способствует выбросу парниковых газов) или помогает избежать эксплуатации рабочих из стран третьего мира, копающих кобальт или другие полезные ископаемые в небезопасных условиях.

Типичный метод утилизации литий-ионных аккумуляторов заключается в измельчении и очистке их компонентов для извлечения катода. К сожалению, это дорого и неэффективно для получения качественной продукции. К счастью, исследователи разрабатывают альтернативные процессы, позволяющие сохранить катоды в целости и сохранности, чтобы их можно было продать; они будут гораздо менее затратными и экологически безопасными, чем их традиционные аналоги.

Хотя литий-ионные батареи часто можно перерабатывать, каждый цикл может немного снизить их чистоту. Поэтому потребителям рекомендуется найти местный пункт приема использованных литиевых батарей - хотя они могут быть достаточно безопасны для ежедневной утилизации в мусорном баке, литий-ионные батареи содержат вредные химические вещества, которые могут разъесть близлежащие предметы, если оставить их надолго. Поэтому безопасную утилизацию можно обеспечить, обратившись в соответствующую службу переработки или проконсультировавшись с производителем.

Это безопаснее, чем новый катодный порошок.

Литиевые батареи стали неотъемлемым компонентом электромобилей (EV) и других экологически чистых энергетических продуктов, но их необходимо ответственно перерабатывать, чтобы они не стали причиной пожара или утечки токсичных химикатов в окружающую среду. Вместо того чтобы выбрасывать батарейки, следует воспользоваться услугами центров по их переработке: синие или желтые контейнеры могут повредить их в процессе переработки и создать угрозу возгорания; вместо этого их следует сдать в один из семи центров по переработке бытовой химии и батареек.

Эти центры специализируются на переработке литиевых батарей, используемых в таких товарах, как электроинструменты, цифровые камеры, детские игрушки, электронные сигареты и ноутбуки. Кроме того, они предлагают безопасные решения по утилизации больших ватт-часовых батарей, используемых в автомобилях или домах, но не могут принимать меньшие ватт-часовые батареи, поскольку они слишком опасны. Если вы являетесь владельцем одной из этих больших ватт-часовых батарей и хотите сдать ее на переработку, посетите один из семи центров утилизации!

Переработка литиевой батареи включает в себя ее измельчение и отделение от катода менее дорогих компонентов, таких как стальной корпус батареи и электронные схемы. Затем ученые извлекают элементы, в том числе "черную массу" - экстракт, состоящий из никеля, кобальта, алюминия и марганца, который содержит редкие и дорогие металлы; этот порошок затем может быть восстановлен и смешан с новыми элементами для улучшения характеристик, что позволяет сохранить редкие металлы, которые в противном случае были бы выброшены на свалку.

Переработка литиевых батарей - еще один отличный способ борьбы с глобальной нехваткой ключевых минералов, таких как кобальт и никель, которые периодически испытывают дефицит, угрожающий эффективности и сроку службы EV. Переработка также может помочь решить проблему глобального дефицита таких минералов, помогая удовлетворить глобальные потребности в поставках более прямым способом.

Этот процесс похож на стандартные пирометаллургические технологии, но требует меньше энергии и отходов, чем другие методы переработки. Являясь эффективной альтернативой пирометаллургии, которая обычно потребляет значительное количество энергии и производит токсичные побочные продукты, и гидрометаллургии (которая предполагает извлечение металлов химическим путем), этот метод имеет более высокие показатели извлечения металлов, чем только эти методы.

Это более экологично

Переработка аккумуляторов может помочь снизить воздействие на окружающую среду, связанное с электромобилями (EV) и устройствами, использующими литиевые батареи, такими как ноутбуки. Переработка позволяет сохранить ценные материалы, обеспечить возобновляемые источники энергии и снизить потребность в добыче полезных ископаемых, одновременно уменьшая объемы отходов на свалках. Однако, к сожалению, переработка батарей сопряжена с определенными трудностями.

Во-первых, для переработки батареи должны быть полностью разряжены - литиевые батареи опасны, если их оставить без взвеси. После того как они готовы к переработке, их следует разбить на мелкие кусочки, а затем расплавить или растворить для извлечения металлов - в результате этого процесса может образовываться воздушная пыль, которая загрязняет окружающую среду и может привести к респираторным заболеваниям; литий считается опасным металлом, поэтому обращаться с ним нужно очень осторожно.

По словам Гупты, исследователи из Института Фарадея в Великобритании впервые применили новый метод переработки литиевых батарей с помощью ультразвукового зонда, "похожего на тот, который стоматологи используют для чистки зубов". При воздействии ультразвука на поверхности образуются крошечные пузырьки, которые лопаются и срывают покрытие, позволяя извлекать катоды и аноды, которые стоят значительных денег.

Кроме того, переработка помогает окружающей среде, сокращая выбросы углекислого газа при добыче полезных ископаемых. По оценкам The McKinsey Institute, широкое распространение переработки аккумуляторов может сократить выбросы углерода на 25% на киловатт-час. Для успешной переработки аккумуляторов необходимо успешно извлечь ценные металлы, не повредив катод или анод.

Литиевые батареи содержат драгоценные металлы, такие как никель и кобальт, которые используются как в электромобилях (EV), так и в электронных устройствах, но важно помнить, что их нельзя выбрасывать в синие или желтые контейнеры для вторсырья - эти пожароопасные элементы должны быть утилизированы на специализированных предприятиях по переработке. Если вам по какой-либо причине необходимо сдать литиевые батареи на переработку, просто обмотайте их выводы непроводящей лентой (электрической, прозрачной упаковочной или клейкой), а затем сдайте их в один из семи центров бытовой химии и утилизации Управления или в розничную сеть, которая принимает их на переработку.