Eine effiziente, umweltfreundliche und wirtschaftliche Methode zum Recycling von LFP-Batterien
| Jerry Huang
Anmerkung des Herausgebers: Lithium-Ionen-Batterien werden mittlerweile häufig in einer Vielzahl von elektronischen Geräten, Elektrofahrzeugen und Energiespeichern im Netzmaßstab verwendet. Die weltweite Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien wächst weiterhin deutlich. Es wird geschätzt, dass bis 2030 die weltweite Menge an verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien 11 Millionen Tonnen übersteigen wird, was zu einer enormen Verschmutzungsquelle werden wird, die die Umwelt und die öffentliche Gesundheit ernsthaft gefährden könnte. Gleichzeitig führt die wachsende Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien zu einer wachsenden Nachfrage nach Lithium und Kobalt. Andererseits beträgt der Lithium- und Kobaltgehalt in LIB-Kathoden bis zu 15 bzw. 7 Gew.-% und ist damit viel höher als in Erzen und Solen. Daher ist die Rückgewinnung von Metallelementen in verbrauchten LIB-Kathoden von großer ökologischer, sozialer und wirtschaftlicher Bedeutung. Derzeit gliedert sich die Rückgewinnung von Lithium-Ionen-Batterien hauptsächlich in drei Schritte: Vorbehandlung, Metallextraktion und Metalltrennung. Bei der Erforschung und Entwicklung des Metallextraktionsschritts des Recyclingprozesses ist der hydrometallurgische Prozess aufgrund seiner hohen Metallauslaugungsrate und der zufriedenstellenden Reinheit der gewonnenen Produkte eine der praktikabelsten Optionen. Allerdings ist das Verfahren weder besonders umweltfreundlich noch sehr wirtschaftlich, da der Einsatz anorganischer Säuren gefährliche Nebenprodukte mit sich bringt; während organische Säuren zusätzliche Reduktionsmittel oder längere Reaktionszeiten und höhere Temperaturen für die Metallrückgewinnung erfordern.
Forscher des Zhong Lin Wang-Teams stellen uns eine mögliche Methode vor, die umweltfreundlich, hocheffizient und wirtschaftlich für das Recycling von LIBs, insbesondere LFP-Batterien, ist.
Abstrakt
Das Recycling von Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFPs), die mehr als 32 % des weltweiten Marktanteils von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) ausmachen, hat aufgrund der wertvollen Elementressourcen und Umweltbedenken große Aufmerksamkeit erregt. Moderne Recyclingtechnologien, die in der Regel auf elektrochemischen oder chemischen Auslaugungsmethoden basieren, weisen jedoch kritische Probleme wie langwierige Verfahren, enormen Chemikalien-/Stromverbrauch und Sekundärverschmutzung auf. Hier berichten wir über ein innovatives, autarkes System, das aus einem elektrochemischen LIB-Recyclingreaktor und einem triboelektrischen Nanogenerator (TENG) zum Recycling verbrauchter LFP besteht. Im elektrochemischen LIB-Recyclingreaktor wird das elektrochemisch in NaCl-Lösung erzeugte Cl-/ClO-Paar als Redoxmediator verwendet, um LFP über die Redox-Targeting-Reaktion ohne zusätzliche Chemikalien in FePO4 und Li+ aufzuspalten. Darüber hinaus soll ein TENG, das ausrangierte Komponenten von LIBs verwendet, darunter Gehäuse, Aluminium-Kunststoff-Folien und Stromabnehmer, Sekundärschadstoffe drastisch minimieren. Darüber hinaus nutzt der TENG Windenergie und liefert eine Leistung von 0,21 W für den Betrieb des elektrochemischen Recyclingsystems und das Laden von Batterien. Daher weist das vorgeschlagene System zum Recycling verbrauchter LFP eine hohe Reinheit (Li2CO3, 99,70 % und FePO4, 99,75 %), autarke Funktionen, ein vereinfachtes Behandlungsverfahren und einen hohen Gewinn auf, was die Nachhaltigkeit von LIB-Technologien fördern kann.
Referenz
http://dx.doi.org/10.1039/D3EE01156A