Odkryto kolejną niedrogą i ekologiczną technologię recyklingu katod LIB
| Jerry Huang
Uwaga redaktora: Szybki rozwój elektroniki użytkowej, pojazdów elektrycznych i sieciowych systemów magazynowania energii doprowadził do ogromnego popytu na baterie litowo-jonowe (LIB). Jednak przy żywotności baterii wynoszącej zaledwie 6-8 lat, do 2030 roku spodziewane jest zużycie ponad 11 milionów ton baterii, co spowoduje bezprecedensową presję na zasoby, zagrożenia dla środowiska i wyzwania gospodarcze. Obecnie w centrum uwagi tych działań recyklingowych znajdują się materiały katodowe pochodzące z recyklingu (w szczególności warstwowe tlenki metali, LMO), zawierające cenne pierwiastki, takie jak Li, Co, Ni i Mn.
Oto kolejne podejście zaprezentowane przez zespół Quanquan Pang z PKU we współpracy z zespołem Jiashen Meng z Politechniki Warszawskiej, dotyczące recyklingu zużytych katod LIB, w szczególności LMO. Z wyrazami szacunku i wdzięczności wszystkim badaczom.
Warto zauważyć, że podejście LTMS-ECR umożliwia bezpośrednie przetwarzanie zużytych katod, które są nadal przymocowane do aluminiowych kolektorów prądu, bez konieczności kruszenia elektrod na „czarny proszek”, co znacznie upraszcza etapy wstępnej obróbki.
Twierdzi się, że technologia LTMS-ECR ma potencjał osiągnięcia wysokiej rentowności na poziomie 1,86 USD/kg w recyklingu zużytych baterii ze względu na stosowanie wielokrotnego użytku tanich elektrolitów w postaci stopionych soli i Li2O, a także cennych produktów ubocznych Co3O4 i LiCl, co stanowi prawie dziesięciokrotną poprawę w porównaniu z technologiami pirometalurgicznymi i hydrometalurgicznymi.
Analizy wpływu technicznego, ekonomicznego i środowiskowego pokazują, że LTMS-ECR charakteryzuje się wyjątkową opłacalnością ekonomiczną i zrównoważonym rozwojem pod względem emisji dwutlenku węgla. Wysoka wydajność odzysku, niskie zużycie energii i przyjazność dla środowiska to rewolucyjne rozwiązanie chemiczne w recyklingu materiałów katodowych.
Abstrakcyjny
Recykling elektrochemiczny (ECR) oferuje obiecującą strategię, wykorzystującą energię odnawialną do dekonstrukcji zużytych warstwowych tlenków metali (LMO). Jednak obecne metody ECR ograniczają się do pracy w wysokich temperaturach (do 750°C) z wykorzystaniem stopionych węglanów lub chlorków alkalicznych jako elektrolitów, co prowadzi do wysokiego zużycia energii na doprowadzenie ciepła. W niniejszym badaniu zaproponowano stopiony elektrolit z chloroglinianu alkalicznego o niskiej temperaturze topnienia, składający się z AlCl3–LiCl, umożliwiający elektrolizę ECR w temperaturze zaledwie 150°C. Ze względu na wysoką rozpuszczalność nośnika ładunku O− w stopionym chloroglinianie alkalicznym, katoda LMO ulega elektrochemicznej destrukturyzacji reduktywnej, w wyniku której powstają pierwiastkowe metale przejściowe i chlorek litu (LiCl). Co ważne, dwa produkty są nierozpuszczalne w stopie z dodatkiem Li−O i można je łatwo rozdzielić poprzez ługowanie wodą. Co istotne, dzięki zastosowaniu obojętnej anody TiN, emisja CO2 podczas elektrolizy jest eliminowana poprzez generowanie O2, co dodatkowo przyczynia się do neutralności węglowej. Dzięki niskotemperaturowej technologii LTMS-ECR (Electrolyt ECR) z elektrolitem w stopionych solach (LiCoO2) osiąga się wysoki wskaźnik odzysku kobaltu, wynoszący 97,3%. Analizy technoekonomiczne przewidują, że technologia LTMS-ECR zmniejsza zużycie energii i emisję CO2 o około 20% i jest prawie dziesięciokrotnie bardziej opłacalna w porównaniu z metodami konwencjonalnymi. To podejście stanowi rewolucyjną alternatywę dla energooszczędnego, zrównoważonego i ekonomicznie opłacalnego recyklingu zużytych ogniw LIB.
Odniesienia
https://doi.org/10.1002/adma.202512984