Původně publikováno v Idaho National Laboratory
Od Hanka Hogana pro INL Communications &Outreach
Lithium-iontové baterie vedly k revoluci ve spotřební a průmyslové elektronice, která připravila cestu pro bezdrátovou budoucnost s menšími emisemi uhlíku.
Přesto lehký, dobíjecí zdroj energie pro vše od mobilních telefonů po elektrická vozidla představuje jednu velkou výzvu pro životní prostředí:Jak zlikvidujete baterii, když již není užitečná?
Pouhé vyhození na skládku je nebezpečné i plýtvání. Požáry mohou začít, když buldozery přejedou baterie při pohybu země a trosek. Vybité baterie navíc obsahují cenné prvky, jako je kobalt, lithium a mangan – ve vyšších koncentracích, než jaké lze nalézt v komerčních rudách.
Recyklace by proto mohla být potenciálně velkým byznysem, který roste spolu s vozovým parkem elektrických vozidel. Odborníci říkají, že do roku 2040 bude po celém světě jezdit 500 milionů elektrických osobních vozidel (téměř třetina předpokládaného vozového parku). Do té doby hodnota surovin v lithium-iontových bateriích na konci životnosti vzroste z přibližně 0,3 miliardy USD v roce 2020 na 1,1 miliardy USD do roku 2025 a téměř 24 miliard USD do roku 2040.
RECYKLACE S MÉNĚM TEPLA A CHEMIKÁLIÍ
Ve světle těchto rostoucích výzev a příležitostí si Idaho National Laboratory (INL) klade za cíl usnadnit, zefektivnit a potenciálně ekologičtější recyklaci lithium-iontových baterií. Povzbudivé výsledky tohoto úsilí se nedávno objevily v časopise Resources, Conservation and Recycling.
Recyklace může posílit dodavatelský řetězec výrobců baterií tím, že sníží potřebu závislosti na potenciálně nespolehlivých zdrojích nových materiálů. To je důvod, proč výzkum financoval Ústav kritických materiálů ministerstva energetiky. Jedním z cílů institutu je diverzifikovat dodávky kritických energetických materiálů, částečně opětovným použitím a recyklací.
Nissan Leaf Battery, 2014 s laskavým svolením Nissan
Dnes se odhadem recykluje pouze 5 % lithium-iontových baterií. To je do určité míry, protože proces je částečně manuální, zahrnuje vysoké teploty a žíravé chemikálie a je neefektivní, podle Tedda Listera, vědeckého pracovníka INL a spoluautora článku.
Ve svém článku výzkumníci uvedli důkaz o principu odlišného přístupu k recyklaci baterií, který funguje při pokojové teplotě a výrazně snižuje použití chemikálií.
Dodavatelský řetězec lithia – Analýza obchodních toků mezi lithiovými těžbami a továrnami.
Kredit za graf z 1. Joule, 229–243, 11. října 2017.
Nový proces je elektrochemický, řekl Lister. Energie tedy místo tepla pochází z elektřiny, která pohání reakce, které vyluhují kobalt, lithium, mangan a další materiály z baterií. Výzkumníci tento přístup demonstrovali v buňce, která měří několik palců na straně, dostatečně malá, aby ji bylo možné uchopit.
Vědci začali s drcenými lithium-iontovými bateriemi s materiálem dodaným společností Retriev Technologies z Lancasteru, Ohio. Společnost Retriev, společnost zabývající se recyklací a správou baterií, se také podílela na výzkumu, stejně jako Solvay, bruselská společnost, která dodávala chemikálie používané pro separaci kovů.
Po vyvinutí elektrochemického procesu jej vědci otestovali a zjistili, že mohou dosáhnout vysoké míry recyklace. Uváděli více než 96% účinnost, pokud jde o extrahovaný kobalt, lithium, mangan a nikl, které opouštějí proces v jediném výstupním proudu. Naproti tomu měď – kov s vysokou komerční hodnotou – se ukládá na katodě, což zjednodušuje následný separační proces, řekl Lister.
Předběžná analýza nákladů ukázala zhruba 80% snížení nákladů na energii a chemikálie ve srovnání se současnými technikami recyklace.
Budoucí plány zahrnují vývoj elektrochemického postupu pro rozdělení výstupu procesu loužení na kobalt, lithium, mangan a nikl. Tým také zkoumá opětovné použití dalšího kritického materiálu, grafitu, který zbyde a může být potenciálně recyklován.
Jak louhování, tak separační procesy je pak třeba zvětšit na velikost, která je užitečná v průmyslovém prostředí. Součástí tohoto úsilí bude optimalizace procesů louhování a separace úpravou parametrů pro zlepšení výkonu a účinnosti. Kromě projektového partnera Retrieva mají zájem o spolupráci s komerčními partnery na těchto dalších krocích i vědci z INL.
A konečně, tento typ recyklace baterií by mohl využít přebytečnou energii, kterou někdy produkují energetické elektrárny.
„Používáte energii k výrobě produktu, který bude později použit k výrobě energie,“ řekl Luis Diaz Aldana, hlavní autor článku a elektrochemický inženýr/vědec INL.
Původně publikováno Idaho National Laboratory
Vybraný obrázek prostřednictvím amerického ministerstva energetiky.
