En effektiv grön och ekonomisk metod för återvinning av LFP-batterier
| Jerry Huang
Redaktörens anmärkning: Litiumjonbatterier används nu flitigt i en mängd olika elektroniska enheter, elbilar och energilagring i nätskala. Den globala efterfrågan på litiumjonbatterier fortsätter att växa betydligt. Det uppskattas att år 2030 kommer den globala volymen förbrukade litiumjonbatterier att överstiga 11 miljoner ton, vilket kommer att bli en enorm föroreningskälla som allvarligt kan hota miljön och folkhälsan. Samtidigt leder den växande efterfrågan på litiumjonbatterier till en växande efterfrågan på litium och kobolt. Å andra sidan är halten litium och kobolt i LIB-katoder så hög som 15 % respektive 7 % vikt, vilket är mycket högre än i malmer och saltlösningar. Därför är återvinningen av metallelement i förbrukade LIB-katoder av stor miljömässig, social och ekonomisk betydelse. För närvarande är återvinningen av litiumjonbatterier huvudsakligen uppdelad i tre steg: förbehandling, metallextraktion och metallseparation. Vid forskning och utveckling av metallextraktionssteget i återvinningsprocessen är den hydrometallurgiska processen ett av de mest lönsamma alternativen på grund av dess höga metallurlakningshastighet och tillfredsställande renhet hos de återvunna produkterna. Processen är dock inte så miljövänlig och inte heller särskilt ekonomisk, eftersom användningen av oorganiska syror ger farliga biprodukter; medan organiska syror kräver ytterligare reduktionsmedel eller längre reaktionstider och högre temperaturer för metallåtervinning.
Forskare från Zhong Lin Wang-teamet ger oss en möjlig metod som är grön, mycket effektiv och ekonomisk för återvinning av LIB:er, särskilt LFP-batterier.
Abstrakt
Återvinningen av litiumjärnfosfatbatterier (LFP), som representerar mer än 32 % av den globala marknadsandelen för litiumjonbatterier (LIB), har väckt uppmärksamhet på grund av de värdefulla elementresurserna och miljöhänsyn. Men den senaste återvinningstekniken, som vanligtvis är baserad på elektrokemiska eller kemiska lakningsmetoder, har kritiska problem som tråkiga procedurer, enorm kemikalie-/elförbrukning och sekundära föroreningar. Här rapporterar vi ett innovativt självdrivet system som består av en elektrokemisk LIB-återvinningsreaktor och en triboelektrisk nanogenerator (TENG) för återvinning av förbrukad LFP. I den elektrokemiska LIB-återvinningsreaktorn används Cl−/ClO−-paret som genereras elektrokemiskt i NaCl-lösning som redoxmediator för att bryta ner LFP till FePO4 och Li+ via redoxmålreaktionen utan extra kemikalier. Dessutom är en TENG som använder kasserade komponenter från LIBs inklusive höljen, aluminium-plastfilmer och strömavtagare utformad för att drastiskt minimera sekundära föroreningar. Dessutom skördar TENG vindenergi och ger en effekt på 0,21 W för att driva det elektrokemiska återvinningssystemet och ladda batterier. Därför uppvisar det föreslagna systemet för återvinning av förbrukad LFP hög renhet (Li2CO3, 99,70% och FePO4, 99,75%), självförsörjande funktioner, förenklat behandlingsförfarande och en hög vinst, vilket kan främja hållbarheten hos LIB-teknologier.
Referens
http://dx.doi.org/10.1039/D3EE01156A