Экологически чистый метод может снизить затраты на переработку литий-ионных батарей.
Новый процесс восстановления отработанных катодов до идеального состояния может сделать переработку литий-ионных батарей более экономичной. Процесс, разработанный наноинженерами из Калифорнийского университета в Сан-Диего, более экологически безопасен, чем современные методы; он использует более экологичные ингредиенты, потребляет на 80-90% меньше энергии и выделяет примерно на 75% меньше парниковых газов.
Исследователи подробно рассказывают о своей работе в статье, опубликованной 12 ноября в журнале Joule.
Этот процесс особенно хорошо работает на катодах из фосфата лития-железа, или LFP. Батареи, изготовленные с катодами LFP, менее дороги, чем другие литий-ионные батареи, потому что в них не используются дорогие металлы, такие как кобальт или никель. Батареи LFP также имеют более длительный срок службы и более безопасны. Они широко используются в электроинструментах, электробусах и энергосетях. Они также являются предпочтительным выбором для Tesla Model 3.
«Учитывая эти преимущества, батареи LFP будут иметь конкурентное преимущество перед другими литий-ионными батареями на рынке», - сказал Чжэн Чен, профессор наноинженерии в Калифорнийском университете в Сан-Диего.
Проблема? «Перерабатывать их нерентабельно, - сказал Чен. «Та же дилемма и с пластмассами - материалы дешевые, а методы их восстановления - нет».
Новый процесс переработки, разработанный Ченом и его командой, может снизить эти затраты. Он работает при низких температурах (от 60 до 80 C) и давлении окружающей среды, что делает его менее энергоемким, чем другие методы. Кроме того, используемые в нем химические вещества - соль лития, азот, вода и лимонная кислота - недороги и безвредны.
«Весь процесс регенерации проходит в очень безопасных условиях, поэтому нам не нужны какие-либо специальные меры предосторожности или специальное оборудование. Вот почему мы можем сделать это настолько дешевым для переработки батарей», - сказал первый автор Панпан Сюй, постдокторский исследователь в Chen's. лаборатория.
Сначала исследователи задействовали коммерческие LFP-ячейки до тех пор, пока они не потеряли половину своей емкости хранения энергии. Они разобрали элементы, собрали катодные порошки и погрузили их в раствор, содержащий соль лития и лимонную кислоту. Затем промывали раствор водой, сушили порошки и нагревали.
Исследователи сделали новые катоды из порошков и протестировали их как в монетных ячейках, так и в карманных ячейках. Их электрохимические характеристики, химический состав и структура были полностью восстановлены до исходного состояния.
Во время цикла батареи катод претерпевает два основных структурных изменения, которые вызывают снижение его характеристик. Первый - это потеря ионов лития, в результате чего в структуре катода образуются пустые места, называемые вакансиями. Другой возникает, когда ионы железа и лития меняют точки в кристаллической структуре. Когда это происходит, они не могут легко переключиться обратно, поэтому ионы лития захватываются и больше не могут циклически проходить через батарею.
Этот процесс восстанавливает структуру катода, пополняя запасы ионов лития и позволяя ионам железа и лития легко вернуться на свои исходные места. Последнее достигается с помощью лимонной кислоты, которая действует как восстанавливающий агент - вещество, которое отдает электрон другому веществу. Лимонная кислота передает электроны ионам железа, делая их менее заряженными. Это сводит к минимуму силы электронного отталкивания, которые препятствуют перемещению ионов железа обратно в их исходные места в кристаллической структуре, а также высвобождает ионы лития обратно в циркуляцию.
Хотя общие затраты на энергию этого процесса переработки ниже, исследователи говорят, что необходимы дальнейшие исследования логистики сбора, транспортировки и обращения с большими партиями батарей.
«Следующая задача - выяснить, как оптимизировать эту логистику», - сказал Чен. «И это приблизит этот процесс переработки к промышленному применению».
Вопросы, отзывы, комментарии (0)
Нет комментариев