Pramonės naujienos

Mokslininkai naudoja vaisių žievelę, kad senas ličio jonų baterijas pakeistų naujomis

2021-06-16
TEMOS:
Baterijų technologija, energetika, Nanyang technologijos universitetas, populiarus, perdirbti bateriją, ličio jonų baterija
Autorius: NANYANG TECHNOLOGICAL UNIVERSITY 2020 m. Rugpjūčio 29 d



Mokslininkų komanda, vadovaujama NTU, sukūrė naują vaisių žievelės atliekų panaudojimo būdą išgauti ir pakartotinai panaudoti tauriuosius metalus iš panaudotų ličio jonų baterijų, kad būtų sukurtos naujos baterijos. L-R: Asts Prof Dalton Tay, Prof Madhavi Srinivasan. Kreditas: NTU Singapore

Mokslininkai, vadovaujami Singapūro Nanyango technologijos universiteto (NTU Singapūras), sukūrė naują vaisių žievelės atliekų panaudojimo būdą išgauti ir pakartotinai panaudoti tauriuosius metalus iš panaudotų ličio jonų baterijų, kad sukurtų naujas baterijas.

Komanda pademonstravo savo koncepciją naudodama apelsino žievelę, kuri iš baterijų atliekų efektyviai išgavo tauriuosius metalus. Tada jie pagamino funkcines baterijas iš šių regeneruotų metalų, taip sukurdami minimalias atliekas.

Mokslininkai teigia, kad jų požiūris į atliekas-išteklius sprendžia tiek maisto atliekas, tiek elektronikos atliekas, remdamas žiedinės ekonomikos, kurioje nėra atliekų, plėtrą, kai ištekliai naudojami kuo ilgiau. Pasaulyje kasmet susidaro 1,3 milijardo tonų maisto atliekų ir 50 milijonų tonų elektroninių atliekų.

Panaudotos baterijos tradiciškai apdorojamos dideliu karščiu (virš 500 ° C), kad būtų lydomi vertingi metalai, kurie išskiria pavojingas toksiškas dujas. Tiriami alternatyvūs metodai, pagal kuriuos metalams išgauti naudojami stiprūs arba silpnesni rūgšties tirpalai su vandenilio peroksidu, tačiau jie vis tiek gamina antrinius teršalus, keliančius pavojų sveikatai ir saugai, arba remiasi pavojingu ir nestabiliu vandenilio peroksidu.



Komanda pademonstravo savo koncepciją naudodama apelsino žievelę, kuri iš baterijų atliekų efektyviai išgavo tauriuosius metalus. Tada jie pagamino funkcines baterijas iš šių regeneruotų metalų, taip sukurdami minimalias netoksiškas atliekas. Kreditas: NTU Singapore

Profesorius Madhavi Srinivasanas, „NTU Singapore-CEA Alliance for Research in Circular Economy“ (NTU SCARCE) laboratorijos vienas iš direktorių, sakė: „Dabartiniai pramoniniai elektroninių atliekų perdirbimo procesai reikalauja daug energijos ir išskiria kenksmingus teršalus bei skystas atliekas, atkreipia dėmesį į tai, kad augant elektroninių atliekų kiekiui skubiai reikia naudoti ekologiškus metodus. Mūsų komanda parodė, kad tai įmanoma padaryti naudojant biologiškai skaidžias medžiagas.

â € œŠios išvados grindžiamos esamu mūsų SCARCE atliekamu darbu NTU Energetikos tyrimų institute ([email protected]). SCARCE laboratorija buvo sukurta siekiant sukurti ekologiškesnius elektroninių atliekų perdirbimo būdus. Tai taip pat yra „NTU Smart Campus“ iniciatyvos, kuria siekiama sukurti technologiškai pažangius sprendimus tvariai ateičiai, dalis. “

NTU Medžiagų mokslo ir inžinerijos mokyklos ir Biologijos mokslų mokyklos docentas Daltonas Tay sakė: „Singapūre, kur trūksta išteklių, šis miesto kasybos procesas, siekiant išgauti vertingus metalus iš visų išmetamų elektronikos rūšių, tampa labai svarbus. . Taikydami šį metodą, mes ne tik sprendžiame išteklių išeikvojimo problemą, kiek įmanoma toliau naudodamiesi šiais tauriaisiais metalais, bet ir e. Atliekų bei maisto atliekų kaupimosi problemą-ir augančią pasaulinę krizę.

Išvados buvo paskelbtos moksliniame žurnale „Environmental Science & Technology“ liepos mėn.

Nebrangus, tvarus požiūris

Naudojant pramoninius metodus, kaip perdirbti baterijų atliekas, sudarančias kenksmingus teršalus, hidrometalurgija „naudojant vandenį kaip tirpiklį ekstrahavimui“ vis dažniau tiriama kaip galima alternatyva. Šis procesas apima pirmąjį panaudotų baterijų smulkinimą ir smulkinimą, kad susidarytų susmulkinta medžiaga, vadinama juodąja mase. Tuomet mokslininkai išgauna vertingus metalus iš juodosios masės, ištirpindami ją stiprių rūgščių ar silpnų rūgščių mišinyje ir kitose cheminėse medžiagose, tokiose kaip vandenilio peroksidas, prieš leisdami metalams nusėsti.

Nors toks stiprių cheminių medžiagų naudojimas pramoniniu mastu yra santykinai ekologiškesnis, naudojant tokias stiprias chemines medžiagas, gali susidaryti nemažas antrinių teršalų kiekis, keliantis didelį pavojų saugai ir sveikatai, sakė Asst Prof Tay.



Baterijų perdirbimo požiūris į atliekas. Kreditas: NTU Singapore

NTU komanda nustatė, kad apelsinų žievelės, išdžiovintos orkaitėje ir sumaltos į miltelius, ir citrinos rūgšties, silpnos citrusiniuose vaisiuose esančios organinės rūgšties, derinys gali pasiekti tą patį tikslą.
Laboratoriniuose eksperimentuose komanda nustatė, kad jų metodas sėkmingai išgavo apie 90 procentų kobalto, ličio, nikelio ir mangano iš panaudotų ličio jonų akumuliatorių, o efektyvumas yra panašus į metodą naudojant vandenilio peroksidą.

Profesorius Tayas paaiškino: „Svarbiausia yra apelsino žievelėje esanti celiuliozė, kuri ekstrahavimo metu virsta cukrumi kaitinant. Šie cukrūs pagerina metalų regeneravimą iš baterijų atliekų. Prie šio pagerėjimo taip pat galėjo prisidėti natūraliai esantys antioksidantai, esantys apelsinų žievelėse, tokie kaip flavonoidai ir fenolio rūgštys. “

Svarbu tai, kad šio proceso metu susidariusios kietos liekanos buvo netoksiškos, o tai rodo, kad šis metodas yra nekenksmingas aplinkai, pridūrė jis.

Iš surinktų medžiagų jie surinko naujas ličio jonų baterijas, kurių įkrovimo talpa buvo panaši į komercinių. Vykdomi tolesni tyrimai, siekiant optimizuoti šių naujų baterijų, pagamintų iš panaudotų medžiagų, įkrovimo-iškrovimo ciklo veikimą.
Tai rodo, kad ši nauja technologija yra „praktiškai įmanoma perdirbti panaudotas ličio jonų baterijas pramonine prasme“,-sakė tyrėjai.

Dabar komanda siekia dar pagerinti savo baterijų, gautų iš apdorotų baterijų atliekų, našumą. Jie taip pat optimizuoja sąlygas, kad padidintų gamybą ir išnagrinėtų galimybę panaikinti rūgščių naudojimą šiame procese.

Profesorius Madhavi, kuris taip pat yra NTU Medžiagų mokslo ir inžinerijos mokyklos ir [email protected], sakė: „Šis požiūris į atliekas gali būti išplėstas ir kitų rūšių celiuliozės turinčių vaisių ir daržovių atliekoms , taip pat ličio jonų baterijų tipai, tokie kaip ličio geležies fosfatas ir ličio nikelio mangano kobalto oksidas. Tai padėtų žengti didelius žingsnius link naujos žiedinės e. Atliekų ekonomikos ir padaryti mūsų gyvenimą ekologiškesnį ir tvaresnį. “

Nuoroda: „Vaisių žievelės atliekų perdirbimas kaip žalias reduktorius panaudotų ličio jonų baterijų perdirbimui“, pateikė Zhuoran Wu, Tanto Soh, Jun Jie Chan, Shize Meng, Daniel Meyer, Madhavi Srinivasan ir Chor Yong Tay, liepos 9 d. 2020 m., Aplinkos mokslas ir technologijos.
DOI: 10.1021/acs.est.0c02873

Tyrimą, kuriam priklauso NTU SCARCE, remia Nacionalinis mokslinių tyrimų fondas, Nacionalinės plėtros ministerija ir Nacionalinė aplinkos agentūra pagal atliekų ciklo uždarymo mokslinių tyrimų ir plėtros iniciatyvą, kuri yra „Urban Solutions & Sustainabilityâte“ integracijos fondo dalis.