Директното рециклиране е най-малко енергоемкият метод за рециклиране на литиево-йонна батерия. Кредит: ReCell Center
Как да направим рециклирането на батерии рентабилно? Учените от ReCell Center направиха още една крачка към тази цел.
Литиево-йонните батерии са двигателите на нашето технологично настояще и бъдеще. Те захранват преносима електроника, като смартфони и лаптопи и електрически превозни средства (EV), които стават все по-популярни. Но нарастващото използване на литиево-йонни батерии, особено в автомобилите, изпревари технологията за рециклирането им. Сега учените от ReCell Center â първият в страната напреднал център за изследване и развитие на рециклирането на батерии, със седалище в Националната лаборатория Argonne на Министерството на енергетиката (DOE) â направиха ключово откритие, което премахва една от най-големите препятствия пред превръщането на рециклирането на литиево-йонни батерии в икономически изгодно.
Процесите на рециклиране, които се използват днес, позволяват възстановяването на метали във форми, които са с ниска стойност за производителите на батерии. На хоризонта се задава огромен проблем: след по-малко от десетилетие изследователите прогнозират, че всяка година два милиона тона литиево-йонни батерии с изтекъл срок на експлоатация от електромобили ще бъдат изтегляни от употреба. Броят на излезлите от употреба EV батерии в момента е нисък, но е на път да нарасне значително, тъй като по-старите модели превозни средства достигат края на полезния си живот â и настоящата инфраструктура за рециклиране не е готова за наплива.
„Ако производството на батерии ще купува рециклиран катоден материал за повторно използване в нови батерии, те няма да жертват чистотата.“ – Джесика Дърам, учен по материали в Argonne и съавтор на изследването.
Изследователи от Мичиганския технологичен университет (MTU), част от екипа на ReCell, са разработили иновативен процес за разделяне на ценните материали, които изграждат катода, положително заредения електрод на батерията.
Учени от Изследователския център за инженерни материали в Аргон увеличават мащаба на иновативния процес на разделяне на MTU, проправяйки пътя за широкомащабно рециклиране на EV батерии. Тъй като катодните материали на EV батериите варират в зависимост от автомобилния производител и годината на производство, предприятието за рециклиране трябва да вземе смес от литиево-метални оксиди – литиево-кобалтов оксид, литиево-никел-манганов кобалтов оксид, литиево-никел-кобалтов алуминиев оксид, литиево-железен фосфат, и т.н. â и отделете всеки, за да могат тези материали да бъдат използвани повторно. Тази някога невъзможна задача изведнъж изглежда осъществима.
Директното рециклиране и повторното използване на катодните материали на батерията затваря цикъла. Кредит: ReCell Center
В нов документ, публикуван в рецензираното научно списание Energy Technology, изследователите на MTU и ReCell описват подробно своето откритие: метод за разделяне на отделни катодни материали, използвайки нов обрат на стар процес, наречен пенна флотация.
Използвана в продължение на много години от минната промишленост за разделяне и пречистване на руди, пенната флотация разделя материалите във флотационен резервоар въз основа на това дали те отблъскват водата и плават, или абсорбират вода и потъват. Като цяло катодните материали потъват, което ги прави трудни за отделяне един от друг. Това важи за литиево-никел-манганов кобалтов оксид (NMC111) и литиево-манганов оксид (LMO), два често срещани катодни материала за EV батерии, които екипът на ReCell използва в своите експерименти. Това, което изследователите откриха, е, че разделянето може да се постигне, като се направи един от катодните материали, NMC111, да плава чрез въвеждането на химикал, който кара целевия материал да отблъсква водата.
След като катодните материали бяха разделени, изследователите установиха чрез тестване, че процесът има незначително въздействие върху електрохимичните характеристики на материалите. И двете също имат високи нива на чистота (95 процента или повече).
„Това е много важно“, казва Джесика Дърам, учен по материали в Argonne и съавтор на изследването, „защото ако индустрията за батерии ще купува рециклиран катоден материал за повторно използване в нови батерии , те няма да пожертват чистотата.â
Изследването е свързано с мисията на ReCell Center за усъвършенстване на по-малко енергоемки методи за обработка и улавяне на ценни материали за директно рециклиране â възстановяване, регенериране и повторно използване на компонентите на батериите директно, без да се разрушава химическата структура. Центърът е сътрудничество между Argonne, Националната лаборатория за възобновяема енергия на DOE и Националната лаборатория Oak Ridge, Мичиганския технологичен университет, Калифорнийския университет в Сан Диего и Политехническия институт Уорчестър.
Откритието на ReCell обещава да има широкообхватни последици, като например намаляване на разходите за рециклиране на литиево-йонни батерии; стимулиране на растежа на печеливш пазар за рециклиране на литиево-йонни батерии в края на живота им; намаляване на цената на електромобилите както за производителите, така и за потребителите; позволяване на Съединените щати да се конкурират в световната индустрия за рециклиране на батерии; укрепване на енергийната независимост на САЩ чрез увеличаване на използването на местни източници на рециклирани материали за батерии; и намаляване на зависимостта на САЩ от чуждестранни източници на материали.
Но засега екипът на ReCell Center е лазерно фокусиран върху създаването, стъпка по стъпка, на пълен процес на рециклиране на литиево-йонни батерии, който е икономически жизнеспособен. Само тогава ще бъде широко възприето.
„Какъвто и метод да се използва за извършване на това рециклиране, рециклиращият трябва да може да печели от него“, казва Дърам. „Ние обединяваме стъпките, знаейки, че в крайна сметка целият процес ще трябва да бъде печеливш.“
Справка: „Директно рециклиране на смесени катодни материали чрез флотация на пяна“ от Тину-Ололаде Фолаян, Албърт Л. Липсън, Джесика Л. Дърам, Харука Пинегар, Донгао Лиу и Лей Пан, 29 юли 2021 г., Енергийни технологии.
Други съавтори на проучване в Argonne включват Алберт Липсън, главен учен по материали и Харука Пинегар, постдокторантски изследовател.
Това изследване и ReCell Center се финансират от Службата за енергийна ефективност и възобновяема енергия на DOE, Служба за технологии за превозни средства.
Мисията на EERE е да ускори изследването, разработването, демонстрацията и внедряването на технологии и решения за справедлив преход на Америка към икономика с нулеви нетни емисии на парникови газове не по-късно от 2050 г. и да гарантира, че икономиката на чистата енергия е от полза за всички американци , създавайки добре платени работни места за американския народ, особено за работниците и общностите, засегнати от енергийния преход и онези, които в миналото не са обслужвани от енергийната система и са претоварени от замърсяване.
