В США разработали экологичный и энергоэффективный метод извлечения лития из аккумуляторов

Инженеры Университета Райса разработали новый, более чистый и энергоэффективный метод переработки отработанных литий-ионных аккумуляторов, сообщает журнал Joule. Вместо традиционного использования едких кислот или высокотемпературной плавки, новый электрохимический реактор «перезаряжает» катодные материалы, извлекая литий-ионы прямо в воду для создания высокочистого гидроксида лития, пригодного для производства новых батарей.

Массовое распространение электромобилей приводит к быстрому накоплению отработанных литий-ионных батарей, при этом добыча первичного лития и традиционные способы переработки остаются сложными, дорогостоящими и энергозатратными процессами. Большинство современных промышленных методов переработки требуют значительного расхода энергии и химикатов. Более того, зачастую конечным продуктом является карбонат лития, который нуждается в дополнительном преобразовании в гидроксид лития, прежде чем его можно будет использовать для производства новых высокоэффективных аккумуляторов.

Группа инженеров из Университета Райса предложила инновационное решение: вместо того чтобы плавить или растворять измельчённые материалы аккумуляторов, известные как «чёрная масса», в агрессивных кислотах, они применили метод, основанный на перезарядке отработанных катодных материалов. Этот процесс позволяет выделять ионы лития непосредственно в воду, где они соединяются с гидроксидом, образуя востребованную соль — гидроксид лития высокой чистоты.

«Мы задали простой вопрос: если зарядка аккумулятора вытягивает литий из катода, почему бы не использовать ту же реакцию для вторичной переработки?» — объяснила Сибани Лиза Бисвал, заведующая кафедрой химической и биомолекулярной инженерии Университета Райса.

Система, разработанная в Университете Райса, применяет принцип обычной зарядки аккумулятора к отработанным катодным материалам, например, фосфату лития-железа. В начале реакции ионы лития мигрируют через тонкую катионообменную мембрану в поток воды. На противоэлектроде происходит простая реакция расщепления воды с образованием гидроксида. Литий и гидроксид затем соединяются в водном потоке, синтезируя пригодный для использования в аккумуляторах гидроксид лития. Весь процесс проходит в реакторе с мембраной и электродами с нулевым зазором, используя исключительно электроэнергию, воду и отходы батарей. Это позволяет исключить потребность в едких кислотах или других дополнительных химикатах, делая метод значительно более экологичным.

Исследование, результаты которого были опубликованы в журнале Joule, подтвердило высокую эффективность и масштабируемость новой технологии. В некоторых режимах процесс требовал всего 103 килоджоулей энергии на килограмм «чёрной массы», что примерно на порядок меньше, чем при обычных методах кислотного выщелачивания. При этом был получен гидроксид лития чистотой более 99%, что позволяет напрямую использовать его в производстве новых аккумуляторов. Система продемонстрировала среднюю степень извлечения лития почти 90% в течение 1000 часов непрерывной работы. Подход показал свою эффективность с различными распространёнными химическими составами аккумуляторов, включая литий-железо-фосфатные, литий-марганцево-оксидные и никель-марганцево-кобальтовые. Кроме того, исследователи продемонстрировали возможность рулонной обработки цельных литий-железо-фосфатных электродов прямо на алюминиевой фольге, исключая этап соскабливания или предварительной обработки.

«Прямое производство высокочистого гидроксида лития сокращает обратный путь к новым аккумуляторам. Это означает меньше этапов обработки, меньше отходов и более устойчивую цепочку поставок», — отметил Хаотянь Ван, соавтор исследования, опубликованного в Joule.

В дальнейшем учёные планируют масштабировать технологию, увеличив площадь реакторов и разработав более селективные мембраны, чтобы повысить устойчивость и эффективность процесса.

Источник: Joule

#ПереработкаБатарей #ЛитийИон #УстойчивоеРазвитие #Электромобили #УниверситетРайса