Учените използват плодова кора, за да превърнат старите литиево-йонни батерии в нови

ТЕМИ:
Технология на батерията, енергия, технологичен университет Нанянг, популярна, рециклираща батерия, литиево-йонна батерия
От NANYANG TECHNOLOGICAL UNIVERSITY 29 АВГУСТ 2020

Екип от учени, ръководен от NTU, е разработил нов метод за използване на отпадъци от плодови кори за извличане и повторна употреба на благородни метали от отработени литиево-йонни батерии с цел създаване на нови батерии. L-R: Доцент Далтън Тей, професор Мадхави Сринивасан. Кредит: NTU Сингапур

Учени, ръководени от Технологичния университет Нанянг, Сингапур (NTU Сингапур), са разработили нов метод за използване на отпадъци от плодови кори за извличане и повторна употреба на благородни метали от отработени литиево-йонни батерии с цел създаване на нови батерии.

Екипът демонстрира своята концепция, използвайки портокалова кора, която ефективно възстановява благородни метали от отпадъците от батерии. След това те направиха функционални батерии от тези регенерирани метали, създавайки минимален отпадък в процеса.

Учените казват, че техният подход „отпадъци към ресурси“ се занимава както с хранителните отпадъци, така и с отпадъците от електрониката, подпомагайки развитието на кръгова икономика с нулеви отпадъци, при която ресурсите се използват възможно най-дълго. Приблизително 1,3 милиарда тона хранителни отпадъци и 50 милиона тона електронни отпадъци се генерират в световен мащаб всяка година.

Изхабените батерии обикновено се третират с екстремна топлина (над 500 ° C), за да се топят ценни метали, които отделят опасни токсични газове. Изследват се алтернативни подходи, при които се използват силни киселинни разтвори или по -слаби киселинни разтвори с водороден пероксид за извличане на металите, но те все още произвеждат вторични замърсители, които представляват риск за здравето и безопасността, или разчитат на водороден пероксид, който е опасен и нестабилен.

Екипът демонстрира своята концепция, използвайки портокалова кора, която ефективно възстановява благородни метали от отпадъците от батерии. След това те направиха функционални батерии от тези регенерирани метали, създавайки минимални нетоксични отпадъци в процеса. Кредит: NTU Сингапур

Професор Мадхави Сринивасан, съдиректор на лабораторията NTU Singapore-CEA Alliance for Research in Circular Economy (NTU SCARCE), каза: „Текущите промишлени процеси на рециклиране на електронни отпадъци са енергоемки и отделят вредни замърсители и течни отпадъци, посочвайки спешната нужда от екологично чисти методи с увеличаване на количеството електронни отпадъци. Нашият екип демонстрира, че е възможно да се направи това с биоразградими вещества.

„Тези констатации се основават на съществуващата ни работа в SCARCE в рамките на Института за енергийни изследвания на NTU ([email protected]). Лабораторията SCARCE е създадена, за да разработи по-екологични начини за рециклиране на електронни отпадъци. Той също е част от инициативата NTU Smart Campus, която има за цел да разработи технологично напреднали решения за устойчиво бъдеще. “

Доцент Далтън Тей от Училището по материалознание и инженерство на НТУ и Училището по биологични науки каза: „В Сингапур, страна с недостиг на ресурси, този процес на градско копаене за извличане на ценни метали от всички видове изхвърлена електроника става много важен . С този метод ние не само се справяме с проблема с изчерпването на ресурсите, като държим тези благородни метали в максимална употреба, но и с проблема с натрупването на електронни отпадъци и хранителни отпадъци-и двете нарастваща глобална криза.

Констатациите са публикувани в научното списание Environmental Science & Technology през юли.

Евтин, устойчив подход

С индустриалните подходи за рециклиране на отпадъци от батерии, генериращи вредни замърсители, хидрометалургията - използвайки вода като разтворител за извличане - все повече се изследва като възможна алтернатива. Този процес включва първо настъргване и смачкване на използвани батерии за образуване на натрошен материал, наречен черна маса. След това изследователите извличат ценни метали от черна маса, като я разтварят в смес от силни киселини или слаби киселини плюс други химикали като водороден пероксид под топлина, преди да оставят металите да се утаяват.

Докато сравнително по-екологично чисти от конвенционалните методи, използването на такива силни химикали в промишлен мащаб може да генерира значително количество вторични замърсители, създавайки значителни рискове за безопасността и здравето, каза професор Тей.

Подход отпадъци към ресурси за рециклиране на батерии. Кредит: NTU Сингапур

Екипът на NTU установи, че комбинацията от портокалова кора, изсушена във фурна и смляна на прах, и лимонена киселина, слаба органична киселина, открита в цитрусовите плодове, може да постигне същата цел.
В лабораторни експерименти екипът установи, че техният подход успешно извлича около 90 процента от кобалт, литий, никел и манган от отработени литиево-йонни батерии-ефикасност, сравнима с подхода, използващ водороден пероксид.

Според проф. Тей обясни: „Ключът се крие в целулозата, открита в портокаловата кора, която се превръща в захари под топлина по време на процеса на екстракция. Тези захари подобряват възстановяването на металите от отпадъците от батерии. Природните антиоксиданти, открити в портокаловата кора, като флавоноиди и фенолни киселини, също биха могли да допринесат за това подобрение. “

Важно е, че твърдите остатъци, генерирани от този процес, са нетоксични, което предполага, че този метод е екологично чист, добави той.

След това от извлечените материали те сглобиха нови литиево-йонни батерии, които показаха сходен капацитет на зареждане с търговските. В ход са по-нататъшни изследвания, за да се оптимизират цикличните характеристики на зареждане-разреждане на тези нови батерии, направени от възстановени материали.
Това предполага, че тази нова технология е „практически осъществима за рециклиране на отработени литиево-йонни батерии в промишлен смисъл“, казват изследователите.

Сега екипът се стреми да подобри допълнително работата на своите батерии, генерирани от третирани отпадъци от батерии. Те също така оптимизират условията за увеличаване на производството и проучват възможността за премахване на използването на киселини в процеса.

Проф. Мадхави, който също е от Училището по материалознание и инженерство на NTU и [email protected], каза: „Този ​​подход отпадъци към ресурси може също да бъде разширен до други видове отпадъци от плодове и зеленчуци, богати на целулоза. , както и типове литиево-йонни батерии като литиев железен фосфат и литиево-никелов манганов кобалтов оксид. Това би помогнало да се постигнат големи крачки към новата кръгова икономика на електронните отпадъци и да засили живота ни по по-екологичен и устойчив начин. “

Справка: „Преустройство на отпадъците от плодови кори като зелен редуктор за рециклиране на изхабени литиево-йонни батерии“ от Zhuoran Wu, Tanto Soh, Jun Jie Chan, Shize Meng, Daniel Meyer, Madhavi Srinivasan и Chor Yong Tay, 9 юли 2020, Наука и технологии за околната среда.
DOI: 10.1021/acs.est.0c02873

Изследването, което попада в рамките на NTU SCARCE, се подкрепя от Националната изследователска фондация, Министерството на националното развитие и Националната агенция по околна среда в рамките на Инициативата за затваряне на веригата за отпадъци като част от Интеграционния фонд за градски решения и устойчивост.