Izzivi recikliranja litijevih baterij

Litijeve baterije, ki niso ustrezno reciklirane, lahko v okolje sproščajo strupene kovine, ki jih lahko vdihavate v pljuča in povzročajo zdravstvene težave, kot so bolezni srca in ožilja ter pljuč.

Večina litijevih baterij se reciklira tako, da se zdrobijo v prah, nato pa se talijo (pirometalurgija) ali raztopijo v kislini (hidrometalurgija). Pri obeh postopkih se porabijo velike količine energije, hkrati pa se v okolje sproščajo toplogredni plini.

Reciklirani katodni prah je bolj porozen kot komercialno proizvedeni katodni prah

Katode so jedro vsake litij-ionske baterije in so odgovorne za njeno napetost in zmogljivost. Za izdelavo kakovostnih katod morajo imeti materiali visoko poroznost (površina, ki omogoča gibanje litijevih ionov med anodo in katodo), zato bolj porozne katode pomenijo večjo zmogljivost shranjevanja energije - v eni od študij je bilo ugotovljeno, da je recikliran katodni prah bolj porozen kot katodni prah, proizveden na trgu, zato so imele baterije, sestavljene iz recikliranega materiala, podobno zmogljivost kot baterije, izdelane iz primarnih materialov.

Raziskavo so opravili raziskovalci pod vodstvom Nikhila Gupte na kalifornijski univerzi v Irvinu. Na podlagi predhodnega dela, ki je pokazalo, da lahko uporaba recikliranega katodnega materiala poveča učinkovitost baterij in podaljša čas delovanja litij-ionskih baterij, so uporabili nov postopek za proizvodnjo katodnega prahu, ki je bil več kot trikrat bolj porozen od tradicionalne metode. S striženjem, mletjem, kislinskim luženjem, razvrščanjem po velikosti delcev in kemiji ter predelavo nastanejo visoko zmogljive katode, ki se nato zmešajo s tekočimi elektroliti in predelajo, preden se ponovno zmešajo v visoko zmogljive katode, s čimer nastanejo visoko zmogljive katode, ki v primerjavi s tradicionalnimi metodami proizvodnje iz recikliranih virov trajajo dlje v uporabi.

Litij-ionske baterije potrebujejo tekoči elektrolit za prenos ionov med anodo in katodo, imenovan elektrolit. Običajno je sestavljen iz anorganske soli, raztopljene v nevodnih organskih topilih, kot je propilen karbonat ali mešanice etilen karbonatov z alifatskimi karbonati, kot so dimetil, dietil in etil metil karbonati), ta element pa ima bistveno vlogo pri delovanju baterije. Za optimalno delovanje baterije mora zagotavljati vmesnik z nizko upornostjo za učinkovito delovanje baterije - izbira elektrolita je ključnega pomena za delovanje baterije.

Recikliranje litijevih baterij je tradicionalno vključevalo mehansko drobljenje in taljenje ali raztapljanje v kislini. Na žalost ti postopki zahtevajo prevelike količine električne energije, obenem pa proizvajajo težko obvladljivo maso kovin, ki jo je težko reciklirati. Namesto tega ta raziskava predlaga "neposredno recikliranje katod", ki je energetsko varčna alternativa.

Neposredno recikliranje katod vključuje razstavljanje baterije na posamezne elemente in njihovo razvrščanje glede na fizikalne lastnosti. Najprej se izvede striženje v inertni atmosferi, nato pa se materiali zdrobijo in zmeljejo v fine frakcije za namene ločevanja in čiščenja. S tem postopkom se iz raztopine odstranijo nečistoče, kot sta aluminij in baker, ki lahko zavirata delovanje, ter ioni prehodnih kovin, kot sta Ni2+ in Co2+, pri čemer ostanejo le litijeve soli in grafit kot izhodni proizvodi.

Je cenejši od novega katodnega prahu

Litij-ionske baterije, ki se uporabljajo v električnih avtomobilih in pametnih telefonih ter otroških igračah, e-cigaretah in prenosnih računalnikih, je pogosto mogoče reciklirati; vendar je postopek pogosto okoren in drag; to je mnoga podjetja odvrnilo od začetka dejavnosti recikliranja; vendar raziskovalci pripravljajo rešitve, ki bi recikliranje poenostavile, pocenile, pospešile in naredile okolju prijaznejše.

Litijske baterije so izdelane iz različnih materialov, vključno z bakrom in kobaltom. Čeprav so te kovine bistvene za proizvodnjo baterij, je njihovo pridobivanje lahko nevarno zaradi nastajanja strupenih odpadkov, hkrati pa z izpusti toplogrednih plinov med rudarjenjem prispevajo k podnebnim spremembam. Recikliranje baterij je ena od rešitev, ki pomaga zmanjšati povpraševanje po teh virih in hkrati ublažiti njihov vpliv na okolje.

Recikliranje lahko pomaga zaščititi naše dragocene vire tako, da jih ne odlagamo na odlagališčih, kjer bi lahko povzročili okoljsko škodo, in zmanjša porabo energije za proizvodnjo surovin, za katere je potrebna draga energija (kar prispeva k emisijam toplogrednih plinov), ali pomaga preprečiti izkoriščanje delavcev iz tretjega sveta, ki v nevarnih razmerah kopljejo kobalt ali druge minerale.

Tipična metoda recikliranja litij-ionskih baterij vključuje drobljenje in čiščenje njihovih sestavnih delov, da se pridobi katoda. Na žalost je to drago in neučinkovito pri proizvodnji kakovostnih izdelkov. Na srečo raziskovalci razvijajo alternativne postopke, ki ohranjajo katode nedotaknjene, tako da jih je mogoče prodati nepoškodovane; ti postopki bodo veliko cenejši in okolju prijaznejši od tradicionalnih.

Čeprav je litij-ionske baterije pogosto mogoče reciklirati, lahko vsak cikel nekoliko zmanjša njihovo čistost. Zato potrošnikom priporočamo, da poiščejo lokalno mesto za oddajo rabljenih litijevih baterij - čeprav so morda dovolj varne za vsakodnevno odlaganje v koš za smeti, litij-ionske baterije vsebujejo škodljive kemikalije, ki bi lahko razjedle bližnje predmete, če bi jih predolgo pustili ležati na prostem. Zato lahko varno odstranjevanje zagotovite z uporabo ustrezne storitve za recikliranje ali se za navodila posvetujte s proizvajalcem.

Je varnejši od novega katodnega prahu

Litijeve baterije so postale sestavni del električnih vozil in drugih izdelkov na čisto energijo, vendar jih je treba odgovorno reciklirati, da ne bi povzročile požara ali izpusta strupenih kemikalij v okolje. Namesto odmetavanja baterij je treba uporabljati centre za recikliranje baterij; modri ali rumeni zabojniki za recikliranje jih lahko med obdelavo poškodujejo in predstavljajo nevarnost požara; namesto tega jih je treba oddati v enem od sedmih centrov za recikliranje kemikalij in baterij na domu.

Ti centri so specializirani za recikliranje litijevih baterij, ki jih najdemo v izdelkih, kot so električna orodja, digitalni fotoaparati, otroške igrače, e-cigarete in prenosni računalniki. Poleg tega ponujajo rešitve za varno odstranjevanje večjih baterij z vatno uro, ki se uporabljajo v avtomobilih ali gospodinjstvih, manjših pa ne morejo sprejeti, saj so preveč nevarne. Če imate eno od teh velikih vatnih baterij in jo želite reciklirati - obiščite enega od sedmih centrov za recikliranje!

Recikliranje litijeve baterije pomeni, da jo najprej zdrobimo in iz katode izločimo cenejše komponente, kot so jekleno ohišje baterije in elektronska vezja. Znanstveniki nato izločijo elemente, vključno s "črno maso", ekstraktom, sestavljenim iz niklja, kobalta, aluminija in mangana, ki vsebuje redke in drage kovine; ta prah se lahko nato obnovi in zmeša s svežimi elementi za boljše delovanje, s čimer se prihranijo redke kovine, ki bi sicer šle v nič.

Recikliranje litijevih baterij je še en odličen način boja proti svetovnemu pomanjkanju ključnih mineralov, kot sta kobalt in nikelj, ki se občasno zmanjšujejo, kar ogroža učinkovitost in življenjsko dobo električnih vozil. Recikliranje lahko pomaga tudi pri reševanju globalnega pomanjkanja mineralov, kot so ti, saj pomaga bolj neposredno zadovoljiti globalne potrebe po dobavi.

Ta postopek je podoben standardnim pirometalurškim tehnikam, vendar zahteva manj energije in odpadkov kot druge tehnike recikliranja. Ta metoda je učinkovita alternativa pirometalurgiji, pri kateri se običajno porabi veliko energije, hkrati pa nastajajo strupeni stranski produkti, in hidrometalurgiji (ki vključuje pridobivanje kovin s kemičnimi sredstvi), saj je stopnja pridobivanja kovin večja kot pri teh tehnikah.

Je okolju prijaznejši

Recikliranje baterij lahko pomaga zmanjšati vplive na okolje, povezane z električnimi vozili in napravami, ki uporabljajo litijeve baterije, kot so prenosni računalniki. Z recikliranjem lahko ohranimo dragocene materiale, zagotovimo obnovljive vire energije in zmanjšamo potrebe po rudarjenju, hkrati pa zmanjšamo količino odpadkov na odlagališčih. Žal pa recikliranje baterij ni brez izzivov.

Prvič, baterije morajo biti popolnoma izpraznjene - saj so litijeve baterije nevarne, če ostanejo nerazporejene -, da bi jih lahko reciklirali. Ko so pripravljene za recikliranje, jih je treba razbiti in zdrobiti na majhne koščke, nato pa jih stopiti ali raztopiti, da bi iz njih pridobili kovine - pri tem postopku lahko nastane prah v zraku, ki onesnažuje okoliško okolje in lahko povzroči bolezni dihal; litij velja za nevarno kovino, zato je ključno tudi previdno ravnanje z njim.

Raziskovalci na inštitutu Faraday Institution v Združenem kraljestvu so zdaj pionirji nove metode recikliranja litijevih baterij z uporabo ultrazvočne sonde, "podobne tisti, ki jo zobozdravniki uporabljajo za čiščenje zob", pravi Gupta. Fokusiranje ultrazvoka na površine ustvari majhne mehurčke, ki implozirajo in odstranijo prevleko, kar omogoča obnovo katod in anod, ki so vredne veliko denarja.

Poleg tega recikliranje pomaga okolju, saj zmanjšuje emisije ogljika pri rudarjenju. Po ocenah McKinseyjevega inštituta bi lahko z obsežnim recikliranjem baterij zmanjšali emisije ogljika za 25% na kilovatno uro. Za uspešno recikliranje baterij mora uspešno potekati pridobivanje dragocenih kovin brez poškodb katode ali anode.

Litijeve baterije vsebujejo plemenite kovine, kot sta nikelj in kobalt, ki se uporabljajo v električnih vozilih in elektronskih napravah, vendar jih ne smete odlagati v modre ali rumene zabojnike za recikliranje - za te požarno nevarne baterije je treba poskrbeti v specializiranih obratih za recikliranje. Če morate iz kakršnega koli razloga reciklirati litijeve baterije, preprosto ovijte njihove kontakte v neprevoden trak (električni, prozoren embalažni ali kanal), preden jih oddate v enem od sedmih centrov agencije za kemikalije in recikliranje na domu ali pri trgovcih na drobno, ki jih sprejmejo za recikliranje.