Wydajna, ekologiczna i ekonomiczna metoda recyklingu akumulatorów LFP
| Jerry Huang
Nota wydawcy: Baterie litowo-jonowe są obecnie szeroko stosowane w różnych urządzeniach elektronicznych, pojazdach elektrycznych i magazynach energii na skalę sieciową. Globalny popyt na akumulatory litowo-jonowe stale rośnie. Szacuje się, że do 2030 roku światowy wolumen zużytych akumulatorów litowo-jonowych przekroczy 11 mln ton, co stanie się ogromnym źródłem zanieczyszczeń mogącym poważnie zagrozić środowisku i zdrowiu publicznemu. Jednocześnie rosnące zapotrzebowanie na akumulatory litowo-jonowe przekłada się na rosnące zapotrzebowanie na lit i kobalt. Natomiast zawartość litu i kobaltu w katodach LIB wynosi odpowiednio 15% i 7% mas. i jest znacznie wyższa niż w rudach i solankach. Dlatego odzysk pierwiastków metalicznych w zużytych katodach LIB ma ogromne znaczenie środowiskowe, społeczne i gospodarcze. Obecnie odzysk akumulatorów litowo-jonowych dzieli się głównie na trzy etapy: obróbkę wstępną, ekstrakcję metalu i separację metalu. W badaniach i rozwoju etapu ekstrakcji metalu w procesie recyklingu, proces hydrometalurgiczny jest jedną z najbardziej opłacalnych opcji ze względu na wysoką szybkość wymywania metalu i zadowalającą czystość odzyskanych produktów. Jednakże proces ten nie jest ani przyjazny dla środowiska, ani zbyt ekonomiczny, ponieważ użycie kwasów nieorganicznych powoduje powstawanie niebezpiecznych produktów ubocznych; podczas gdy kwasy organiczne wymagają dodatkowych środków redukujących lub dłuższych czasów reakcji i wyższych temperatur w celu odzyskania metalu.
Naukowcy z zespołu Zhong Lin Wang przedstawiają możliwą metodę, która jest ekologiczna, wysoce wydajna i ekonomiczna w recyklingu LIB, zwłaszcza baterii LFP.
Abstrakcyjny
Recykling akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych (LFP), które stanowią ponad 32% udziału w światowym rynku akumulatorów litowo-jonowych (LIB), wzbudził zainteresowanie ze względu na cenne zasoby pierwiastków i kwestie ochrony środowiska. Jednak najnowocześniejsze technologie recyklingu, które zazwyczaj opierają się na metodach elektrochemicznych lub ługowaniu chemicznym, wiążą się z krytycznymi problemami, takimi jak żmudne procedury, ogromne zużycie środków chemicznych/elektryczności i wtórne zanieczyszczenie. W tym miejscu przedstawiamy innowacyjny system z własnym zasilaniem składający się z elektrochemicznego reaktora do recyklingu LIB i nanogeneratora tryboelektrycznego (TENG) do recyklingu zużytego LFP. W elektrochemicznym reaktorze do recyklingu LIB para Cl-/ClO- wytworzona elektrochemicznie w roztworze NaCl zostaje przyjęta jako mediator redoks w celu rozbicia LFP na FePO4 i Li+ w drodze reakcji ukierunkowanej redoks bez dodatkowych środków chemicznych. Dodatkowo TENG, który wykorzystuje wyrzucone komponenty z LIB, w tym obudowy, folie aluminiowo-plastikowe i kolektory prądu, został zaprojektowany tak, aby drastycznie zminimalizować wtórne zanieczyszczenia. Ponadto TENG pozyskuje energię wiatru, dostarczając moc wyjściową 0,21 W do zasilania systemu recyklingu elektrochemicznego i ładowania akumulatorów. Dlatego proponowany system recyklingu zużytego LFP charakteryzuje się wysoką czystością (Li2CO3, 99,70% i FePO4, 99,75%), funkcjami samodzielnego zasilania, uproszczoną procedurą przetwarzania i wysokim zyskiem, co może promować zrównoważony rozwój technologii LIB.
Odniesienie
http://dx.doi.org/10.1039/D3EE01156A