เปิดตัววิธีการรีไซเคิลแบตเตอรี่ LFP ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและประหยัดอย่างมีประสิทธิภาพ
| Jerry Huang
หมายเหตุบรรณาธิการ: ปัจจุบันแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายประเภท EV และการจัดเก็บพลังงานระดับกริด ความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วโลกยังคงเติบโตอย่างมีนัยสำคัญ เป็นที่คาดกันว่าภายในปี 2573 ปริมาณแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วทั่วโลกจะเกิน 11 ล้านตัน ซึ่งจะกลายเป็นแหล่งมลพิษขนาดใหญ่ที่อาจคุกคามสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของประชาชนอย่างร้ายแรง ในขณะเดียวกัน ความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้ความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมและโคบอลต์เพิ่มมากขึ้น ในทางกลับกัน ปริมาณลิเธียมและโคบอลต์ในแคโทด LIB จะสูงถึง 15% และ 7% โดยน้ำหนัก ตามลำดับ ซึ่งสูงกว่าปริมาณในแร่และน้ำเกลือมาก ดังนั้นการฟื้นตัวขององค์ประกอบโลหะในแคโทด LIB ที่ใช้แล้วจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสิ่งแวดล้อม สังคม และเศรษฐกิจ ปัจจุบันการกู้คืนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสามขั้นตอน: การปรับสภาพ การสกัดโลหะ และการแยกโลหะ ในการวิจัยและพัฒนาขั้นตอนการสกัดโลหะของกระบวนการรีไซเคิล กระบวนการไฮโดรเมทัลโลหการเป็นหนึ่งในทางเลือกที่เป็นไปได้มากที่สุด เนื่องจากมีอัตราการชะล้างโลหะที่สูงและผลิตภัณฑ์ที่นำกลับมาใช้ใหม่มีความบริสุทธิ์ที่น่าพอใจ อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ไม่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และไม่ประหยัดมากนัก เนื่องจากการใช้กรดอนินทรีย์ทำให้เกิดผลพลอยได้ที่เป็นอันตราย ในขณะที่กรดอินทรีย์ต้องการตัวรีดิวซ์เพิ่มเติมหรือเวลาในการทำปฏิกิริยานานขึ้น และอุณหภูมิที่สูงขึ้นสำหรับการนำโลหะกลับมาใช้ใหม่
นักวิจัยจากทีม Zhong Lin Wang ได้นำเสนอวิธีการที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม มีประสิทธิภาพสูง และประหยัดสำหรับการรีไซเคิล LIB โดยเฉพาะแบตเตอรี่ LFP
เชิงนามธรรม
การรีไซเคิลแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP) ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 32% ของส่วนแบ่งตลาดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (LIB) ทั่วโลก ได้เพิ่มความสนใจเนื่องจากทรัพยากรองค์ประกอบที่มีคุณค่าและความกังวลด้านสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีการรีไซเคิลที่ล้ำสมัยซึ่งโดยทั่วไปจะขึ้นอยู่กับวิธีการชะล้างเคมีไฟฟ้าหรือเคมี มีปัญหาที่สำคัญ เช่น ขั้นตอนที่น่าเบื่อ การใช้สารเคมี/ไฟฟ้าจำนวนมหาศาล และมลภาวะทุติยภูมิ ที่นี่ เรารายงานระบบขับเคลื่อนด้วยตนเองที่เป็นนวัตกรรมใหม่ ซึ่งประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์รีไซเคิล LIB แบบไฟฟ้าเคมี และเครื่องกำเนิดนาโนไทรโบอิเล็กทริก (TENG) สำหรับการรีไซเคิล LFP ที่ใช้แล้ว ในเครื่องปฏิกรณ์รีไซเคิล LIB ไฟฟ้าเคมี คู่ Cl−/ClO− ที่สร้างขึ้นทางไฟฟ้าเคมีในสารละลาย NaCl ถูกนำมาใช้เป็นตัวกลางรีดอกซ์เพื่อแยก LFP ออกเป็น FePO4 และ Li + ผ่านปฏิกิริยาการกำหนดเป้าหมายรีดอกซ์โดยไม่ต้องใช้สารเคมีเพิ่มเติม นอกจากนี้ TENG ที่ใช้ส่วนประกอบที่ถูกทิ้งจาก LIB รวมถึงเคส ฟิล์มอะลูมิเนียม-พลาสติก และตัวสะสมกระแสไฟฟ้า ได้รับการออกแบบมาเพื่อลดมลพิษทุติยภูมิลงอย่างมาก นอกจากนี้ TENG ยังเก็บเกี่ยวพลังงานลม โดยให้กำลังไฟฟ้า 0.21 W สำหรับจ่ายพลังงานให้กับระบบรีไซเคิลเคมีไฟฟ้าและชาร์จแบตเตอรี่ ดังนั้น ระบบที่นำเสนอสำหรับการรีไซเคิล LFP ที่ใช้แล้วจึงมีความบริสุทธิ์สูง (Li2CO3, 99.70% และ FePO4, 99.75%) คุณสมบัติที่ขับเคลื่อนด้วยตนเอง ขั้นตอนการบำบัดที่ง่ายขึ้น และผลกำไรสูง ซึ่งสามารถส่งเสริมความยั่งยืนของเทคโนโลยี LIB
อ้างอิง
http://dx.doi.org/10.1039/D3EE01156A