Ученые из Университета Лестера разработали технологию устойчивого извлечения ценных металлов из отходов использованных батареек с помощью смеси воды и растительного масла.
Запатентованная технология позволяет очищать черную массу литий-ионных аккумуляторов , представляющую собой малоценную смесь анода, катода и других материалов, непосредственно в течение нескольких минут после начала работы при комнатной температуре.
Поскольку миллиарды таких батарей используются по всему миру в электронике и электромобилях , это может стать более дешевым и устойчивым методом переработки, способствующим переходу на экологически чистые технологии.
Исследование под руководством профессора Энди Эбботта и доктора Джейка Янга из Университета Лестера, работающего в рамках проекта ReLiB Института Фарадея, обнаружило инновационный способ извлечения ценных оксидов металлов аккумуляторного качества из измельченных батарей с использованием наноэмульсий, созданных из следов растительного масла в воде. Исследование опубликовано в журнале RSC Sustainability.
Из повседневного опыта мы знаем, что масло и вода не смешиваются, если мы не добавляем мыло, но исследования показали, что с помощью ультразвука можно создавать нанокапли масла, которые остаются стабильными в течение недель. Что особенно важно, нанокапли масла очищают отходы аккумуляторов, обычно известные как «черная масса», поскольку они содержат смесь углерода (графита) и ценных оксидов лития, никеля и кобальта (NMC).
Нанокапли масла прилипают к поверхности углерода, действуя как «клей», связывая гидрофобные частицы графита вместе, образуя крупные конгломераты масла и графита, которые плавают на воде, оставляя ценные и гидрофильные оксиды лития-металла нетронутыми. Конгломерат масла и графита можно просто снять, оставив чистые оксиды металла.
Современные методы переработки используют сочетание термической обработки в печи для сжигания нежелательного графита, тем самым увеличивая выбросы CO2 в цепочке создания стоимости электромобиля, а также концентрированные едкие кислоты, которые превращают ценные оксиды металлов, используемые в аккумуляторах, обратно в менее ценные исходные материалы, из которых аккумулятор был изначально изготовлен.
Разработанная в Лестере эмульсионная технология позволяет осуществлять короткую переработку литий-ионных аккумуляторов. Кристаллическая структура восстановленного материала, присущая аккумуляторам, не разрушается в этом процессе и позволяет перерабатывать восстановленный материал непосредственно в новые аккумуляторные элементы, в отличие от пиро-/гидрометаллургических методов. Это может потенциально сделать цепочку поставок аккумуляторов более устойчивой и дешевой.
Доктор Джейк Янг из Школы химии Университета Лестера сказал: «Этот быстрый, простой и недорогой метод может произвести революцию в том, как перерабатываются батареи в больших масштабах. Теперь мы надеемся работать с различными заинтересованными сторонами, чтобы масштабировать эту технологию и создать круговую экономику для литий-ионных батарей».
Электрическая революция имеет свои недостатки. Одним из них является проблема эффективной и устойчивой переработки больших объемов батарей по окончании их срока службы.
Использование аккумуляторов для электромобилей и хранения энергии является устойчивым будущим только в том случае, если путь переработки будет экологичным и экономически эффективным. По оценкам, в мире насчитывается 40 миллионов электромобилей (ЭМ), а также около 10 миллиардов активных мобильных телефонов, ноутбуков и планшетов, все из которых работают на литий-ионных аккумуляторах. Однако отсутствие правил означает, что литий-ионные аккумуляторные батареи не предназначены для переработки.
Университеты Лестера и Бирмингема также сотрудничают, чтобы объединить несколько технологий, разработанных в рамках ReLiB, в проекте InnovateUK ReBlend. Это создает пилотную линию, способную перерабатывать десятки кг/ч черной массы, чтобы продемонстрировать, что эта короткая петля переработки может функционировать экономически эффективно, обеспечивая материал для новых ячеек аккумуляторного класса.
«Проект ReLiB является одним из флагманских проектов Института Фарадея, разрабатывающих инновационные технологии для извлечения выгоды и сохранения дефицитных ресурсов в круговой экономике производства и переработки аккумуляторов. Эта работа предлагает многообещающий путь для короткого цикла переработки литий-ионных аккумуляторов в больших масштабах», — прокомментировал профессор Мартин Фрир, генеральный директор Института Фарадея.
