673886040@qq.com
Прорыв в переработке аккумуляторов защищает дело от тяжелых металлов
В большинстве современных литиевых батарей в качестве катодного компонента используется редкий и дорогой металл, называемый кобальтом, но добыча этого материала дорого обходится окружающей среде. Одна из более экологически чистых альтернатив известна как фосфат ионов лития, и новый прорыв может еще больше повысить экологическую репутацию этого катодного материала, восстанавливая его до исходного состояния после того, как он израсходован, используя лишь часть энергии нынешних подходов Исследование было проведено наноинженерами из Калифорнийского университета (UC) в Сан-Диего и сосредоточено на методах переработки аккумуляторов с катодами, изготовленными из фосфата лития-железа. Покончив с тяжелыми металлами, такими как никель и кобальт, эти типы батарей могут помочь избежать деградации ландшафтов и водных ресурсов в местах добычи этих материалов, а также воздействия опасных условий на рабочих.
Повышение осведомленности о проблемах, связанных с кобальтом, вызывает сдвиг в отрасли, и многие ищут альтернативные конструкции батарей, в том числе такие известные компании, как IBM и Tesla, которые в этом году начали продавать Model 3 с литий-железо-фосфатными батареями. Они безопаснее, имеют более длительный срок службы и дешевле в производстве, хотя один недостаток заключается в том, что перерабатывать их после того, как они израсходованы, дорого.
«Их перерабатывать нерентабельно», — говорит Чжэн Чен, профессор наноинженерии в Калифорнийском университете в Сан-Диего. «Та же дилемма с пластмассами — материалы дешевы, а методы их восстановления — нет».
Прорыв в переработке сосредоточен на нескольких механизмах ухудшения характеристик литий-железо-фосфатных батарей. По мере их циклирования этот процесс вызывает структурные изменения, в результате которых в катоде образуются пустые пространства по мере потери ионов лития, в то время как ионы железа и лития также меняются местами в кристаллической структуре. Это улавливает ионы лития и предотвращает их циклическое прохождение через батарею.
Команда взяла имеющиеся в продаже литий-железо-фосфатные аккумуляторные батареи и израсходовала их вдвое. Затем они разобрали клетки и замочили полученный порошок в растворе с солью лития и лимонной кислотой, затем промыли, высушили и затем нагрели при температуре от 60 до 80 ° C (от 140 до 176 ° F). Затем из этого порошка были изготовлены новые катоды и испытаны в батареях типа «таблетка» и «мешочек», где команда обнаружила, что производительность восстанавливается до исходного состояния.
Это связано с тем, что метод рециркуляции не только пополняет запасы ионов лития в батарее, но и позволяет ионам лития и железа вернуться на свои исходные места в структуре катода. Это происходит благодаря добавлению лимонной кислоты, которая питает ионы железа электронами и уменьшает положительный заряд, который обычно отталкивает их от возвращения в исходное положение. Результатом всего этого является то, что ионы лития могут быть высвобождены и снова пропущены через батарею.
По словам команды, эта технология потребляет на 80-90 процентов меньше энергии, чем современные подходы к переработке ионно-литиевых фосфатных батарей, и выделяет примерно на 75 процентов меньше парниковых газов. Хотя это отличное начало, команда говорит, что необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить общее воздействие на окружающую среду сбора и транспортировки большого количества этих батарей.
«Следующая задача — выяснить, как оптимизировать эту логистику, — говорит Чен. «И это приблизит этот процесс переработки к внедрению в промышленности».
