Pramonės naujienos

Dėl proveržio tyrimų ličio jonų akumuliatorių perdirbimas tapo ekonomiškesnis

2021-10-22


Tiesioginis perdirbimas yra mažiausiai energijos reikalaujantis ličio jonų akumuliatoriaus perdirbimo būdas. Kreditas: „ReCell Center“.

 

Kaip užtikrinti, kad baterijų perdirbimas būtų ekonomiškas? ReCell centro mokslininkai žengė dar vieną žingsnį šio tikslo link.

 

Ličio jonų akumuliatoriai yra mūsų technologinės dabarties ir ateities varikliai. Jie maitina nešiojamąją elektroniką, tokią kaip išmanieji telefonai ir nešiojamieji kompiuteriai bei elektrinės transporto priemonės (EV), kurios populiarėja. Tačiau vis dažniau naudojamos ličio jonų baterijos, ypač automobiliuose, pralenkė jų perdirbimo technologijas. Dabar mokslininkai iš ReCell centro – pirmojo šalyje pažangaus baterijų perdirbimo tyrimų ir plėtros centro, kurio būstinė yra Energetikos departamento (DOE) Argonne nacionalinėje laboratorijoje – padarė esminį atradimą, kuris pašalina vieną. didžiausių kliūčių, trukdančių padaryti ličio jonų akumuliatorių perdirbimą ekonomiškai perspektyvų.

 

Šiandien naudojami perdirbimo procesai leidžia atgauti metalus tokiomis formomis, kurios baterijų gamintojams yra mažos vertės. Horizonte iškyla didžiulė problema: per mažiau nei dešimtmetį mokslininkai prognozuoja, kad kasmet bus pašalinta du milijonai tonų nebenaudojamų elektromobilių ličio jonų baterijų. Pasibaigusių elektromobilių akumuliatorių skaičius šiuo metu yra mažas, tačiau jis greitai išaugs, nes senesnių modelių transporto priemonės baigsis naudoti – o dabartinė perdirbimo infrastruktūra nėra paruošta antplūdžiui.

 

„Jei baterijų pramonė ketina pirkti perdirbtą katodinę medžiagą, kad ją būtų galima pakartotinai panaudoti naujose baterijose, jie neaukos grynumo.“ – Jessica Durham, Argonne medžiagų mokslininkė ir tyrimo bendraautorė..

 

Mičigano technologijos universiteto (MTU) mokslininkai, priklausantys ReCell komandai, sukūrė novatorišką procesą, skirtą vertingoms medžiagoms, sudarančioms katodą, akumuliatoriaus teigiamai įkrautą elektrodą, atskirti.

 

Argono medžiagų inžinerijos tyrimų centro mokslininkai plečia novatorišką MTU atskyrimo procesą, atverdami kelią didelio masto elektromobilių baterijų perdirbimui. Kadangi elektromobilių baterijų katodinės medžiagos skiriasi priklausomai nuo automobilio gamintojo ir gamybos metų, perdirbėjas turi paimti ličio metalo oksidų mišinį – ličio kobalto oksidą, ličio nikelio mangano kobalto oksidą, ličio nikelio kobalto aliuminio oksidą, ličio geležies fosfatą, ir tt â ir atskirkite kiekvieną, kad tos medžiagos būtų panaudotos pakartotinai. Ta kadaise neįmanoma užduotis staiga atrodo įgyvendinama.





 

Tiesioginis baterijų katodo medžiagų perdirbimas ir pakartotinis naudojimas uždaro kilpą. Kreditas: „ReCell Center“.

 

Naujame straipsnyje, paskelbtame recenzuojamame moksliniame žurnale Energy Technology, MTU ir ReCell mokslininkai išsamiai aprašo savo atradimą: atskirų katodinių medžiagų atskyrimo metodą, naudojant naują senojo proceso, vadinamo putų flotacija, posūkį.

 

Daugelį metų kasybos pramonėje naudojamas rūdoms atskirti ir išvalyti, putų flotacija atskiria medžiagas flotacijos bake pagal tai, ar jos atstumia vandenį ir plūduriuoja, ar sugeria vandenį ir nuskendo. Paprastai katodinės medžiagos skęsta, todėl jas sunku atskirti viena nuo kitos. Tai pasakytina apie ličio nikelio mangano kobalto oksidą (NMC111) ir ličio mangano oksidą (LMO), dvi įprastas EV baterijų katodo medžiagas, kurias ReCell komanda naudojo savo eksperimentuose. Tyrėjai nustatė, kad atskyrimas gali būti pasiektas priverčiant vieną iš katodo medžiagų NMC111 plūduriuoti įvedant cheminę medžiagą, dėl kurios tikslinė medžiaga atstumia vandenį.

 

Kai katodo medžiagos buvo atskirtos, tyrėjai, atlikdami bandymus, nustatė, kad procesas turėjo nedidelį poveikį medžiagų elektrocheminėms savybėms. Abiejų taip pat buvo aukštas grynumo lygis (95 proc. arba didesnis).

 

„Tai labai svarbu“, – sako Jessica Durham, Argonne medžiagų mokslininkė ir tyrimo bendraautorė, – nes jei baterijų pramonė ketina pirkti perdirbtą katodinę medžiagą, kad ją būtų galima panaudoti naujose baterijose. , jie neketina paaukoti grynumo.â

 

Tyrimai susiję su ReCell centro misija tobulinti mažiau energijos reikalaujančius apdorojimo metodus ir surinkti vertingas medžiagas tiesioginiam perdirbimui – akumuliatoriaus komponentų atgavimui, regeneravimui ir pakartotiniam naudojimui tiesiogiai, nepažeidžiant cheminės struktūros. Centras bendradarbiauja tarp Argonne, DOE nacionalinės atsinaujinančios energijos laboratorijos ir Oak Ridge nacionalinės laboratorijos, Mičigano technologijos universiteto, Kalifornijos universiteto San Diege ir Vusterio politechnikos instituto.

 

ReCell atradimas žada turėti platų poveikį, pavyzdžiui, sumažinti ličio jonų baterijų perdirbimo išlaidas; skatinti pelningos nebenaudojamų ličio jonų baterijų perdirbimo rinkos augimą; sumažinti elektromobilių kainas tiek gamintojams, tiek vartotojams; sudaryti sąlygas Jungtinėms Valstijoms konkuruoti pasaulinėje baterijų perdirbimo pramonėje; stiprinti JAV energetinę nepriklausomybę didinant vietinių perdirbtų baterijų medžiagų naudojimą; ir sumažinti JAV priklausomybę nuo užsienio medžiagų šaltinių.

 

Tačiau kol kas „ReCell Center“ komanda lazeriu siekia sukurti visą ekonomiškai perspektyvų ličio jonų baterijų perdirbimo procesą. Tik tada jis bus plačiai priimtas.

 

„Nepriklausomai nuo šio perdirbimo metodo, perdirbėjas turi turėti galimybę iš to gauti naudos“, – sako Durhamas. „Mes dedame žingsnius kartu žinodami, kad galiausiai visas procesas turės būti pelningas.â

 

Nuoroda: Tinu-Ololade Folayan, Albert L. Lipson, Jessica L. Durham, Haruka Pinegar, Donghao Liu ir Lei Pan, 2021 m. liepos 29 d. „Tiesioginis sumaišytų katodinių medžiagų perdirbimas, naudojant Froth Flotation“.


DOI: 10.1002/ente.202100468

Kiti Argonne tyrimo bendraautoriai yra Albertas Lipsonas, pagrindinis medžiagų mokslininkas ir Haruka Pinegar, doktorantė.

 

Šį tyrimą ir ReCell centrą finansuoja DOE Energijos efektyvumo ir atsinaujinančios energijos biuras, Transporto priemonių technologijų biuras.

 

EERE misija – paspartinti technologijų ir sprendimų mokslinius tyrimus, plėtrą, demonstravimą ir diegimą, kad Amerika ne vėliau kaip 2050 m. būtų lygiai perkelta į šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimo ekonomiką, ir užtikrinti, kad švarios energijos ekonomika būtų naudinga visiems amerikiečiams. , sukuriant gerai apmokamas darbo vietas Amerikos žmonėms, ypač darbuotojams ir bendruomenėms, paveiktoms perėjimo į energiją, ir toms, kurioms istoriškai nepakankamai aptarnaujama energetikos sistema ir kurioms per daug užteršta tarša.