Литий-ионные аккумуляторы повсюду: в сотовых телефонах, компьютерах, электромобилях и даже игрушках, и это лишь некоторые из них. Они стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни.

Литий, элемент, который делает возможным создание этих батарей, считается Министерством энергетики США критически важным материалом, поскольку он необходим во многих энергетических приложениях, создавая высокий спрос и риск перебоев в поставках.

Несмотря на их широкое использование, по оценкам, в настоящее время перерабатывается только 5% литиевых батарей. Поскольку литий имеет высокий риск поставок, выброшенные батареи являются потенциальным источником для восстановления лития.

Ученые разрабатывают улучшенные способы переработки и восстановления части этого лития. Типичные методы переработки этих батарей требуют использования едких жидких химикатов или тепла для завершения процесса. Эти процессы могут производить токсичные побочные продукты и требуют большого количества энергии.

Недавно группа ученых из Национальной лаборатории Эймса Министерства энергетики США разработала новый процесс переработки, который исключает необходимость в химикатах и ​​высокой температуре . Этот процесс, технология переработки батарей и расщепления воды (BRAWS), использует только воду и углекислый газ для завершения процесса. Он не требует химикатов или тепла и позволяет ученым извлекать больше лития из отработанных батарей, чем другие методы переработки.

По словам Икенны Нлебедим, ученого из лаборатории Эймса и руководителя исследовательской группы, тремя типичными методами переработки литий-ионных аккумуляторов являются гидрометаллургический, пирометаллургический и прямая переработка.

Гидрометаллургические методы измельчают отработанные батареи и растворяют полученные материалы в кислоте перед извлечением перерабатываемых элементов с использованием различных химикатов. Пирометаллургические методы плавят отходы при высоких температурах для извлечения перерабатываемых материалов. Прямая переработка включает в себя физическое разъединение и сбор материалов, которые могут быть повторно использованы из отработанных батарей, измельчение и извлечение материалов из измельченных отходов.

«У каждого из этих процессов есть свои преимущества и недостатки», — сказал Нлебедим. «Поэтому мы пытаемся создать что-то, что объединяет преимущества и исключает недостатки».

Когда литий-ионные аккумуляторы подвергаются быстрой зарядке , они не служат так долго, потому что быстрая зарядка приводит к накоплению лития на аноде (положительной стороне электрода аккумулятора). Со временем накопление лития приводит к выходу аккумулятора из строя.

Первый шаг в технологии BRAWS — использовать набор протоколов, включающий быструю зарядку, чтобы заставить как можно больше дополнительного лития накопиться на аноде батареи. Затем батарея разбирается. «Сейчас в лаборатории мы вручную разбираем батарею», — сказал Нлебедим.

После демонтажа батареи анод, обычно изготавливаемый из графита, погружают в воду, и добавляют CO2 _для восстановления лития в виде карбоната лития. Этот шаг приводит к восстановлению почти всего лития из исходной батареи и производит зеленый водород в качестве побочного продукта.

«Поскольку литий очень активен, когда мы помещаем этот анод в воду, он разделяет молекулу воды, отщепляя кислород и выделяя водород в виде газа, который можно безопасно извлечь и использовать в качестве топлива», — сказал Нлебедим.

«В ходе процесса потребляется углекислый газ, поэтому он имеет дополнительное преимущество в виде очистки окружающей среды». Эта технология не использует химикаты или экстремальные температуры, поэтому другие материалы могут быть извлечены в форме, пригодной для непосредственного повторного использования.

«Переработка, как правило, требует экономической устойчивости. Один из способов поддержания переработки — извлекать прибыль из всего, что можно. Извлечение лития, других частей батареи и одновременное производство зеленого водорода укрепляют экономику нашего процесса», — сказал Нлебедим.