Рост популярности электромобилей играет ключевую роль к отказу от ископаемого топлива и переходу на «зеленый» транспорт. Вместе с тем этот процесс порождает новые экологические вызовы, и главный из них — эффективная утилизация аккумуляторных батарей. Масштаб проблемы становится особенно очевиден, если учесть, что сейчас именно литий-ионные аккумуляторы обеспечивают работу большей части электроники современного мира. При этом многие забыли, что аккумуляторы относительно недавнее технологическое изобретение, а сам литий образуется в результате взрыва звезд. К слову, первая коммерчески жизнеспособная перезаряжаемая литий-ионная батарея появилась в 1991 году благодаря компании Sony. В последующие тридцать лет объем продаж таких аккумуляторов удваивался каждые два-три года, а с ростом сектора электромобилей этот показатель приблизился к 40% в год. Сейчас речь идёт об огромном количестве батарей, требующих утилизации.
Вся сложность в том, что утилизация литий-ионных аккумуляторов — это технологически непростой, опасный и дорогостоящий процесс. Именно поэтому, по данным на 2022 год, в мире перерабатывалось всего лишь около 5% подобных батарей. Однако недавно команда ученых разработала новую технологию, способную коренным образом изменить ситуацию. Специалисты из Вустерского политехнического института (WPI) изобрела более чистый гидрометаллургический метод переработки, который уже показал многообещающие результаты. Данный метод позволяет не только извлекать ценные металлы, но и получать карбонат лития чистотой свыше 99%. Исследователи также доказали, что катодные материалы с использованием вторичного лития не уступают по своим характеристикам новым коммерческим аккумуляторам.
На пути к экологичной переработке аккумуляторов
Проблемы утилизации литий-ионных аккумуляторов носят комплексный характер. Одна из наиболее серьезных трудностей связана со свойствами материалов, из которых они изготовлены. Даже отработанные литиевые батареи остаются пожароопасными, а многие их компоненты крайне токсичны. Традиционно для переработки применялась пирометаллургия — метод, имеющий фундаментальные недостатки. Прежде всего, он требует огромных энергозатрат, отличается низкой эффективностью извлечения материалов и сопровождается значительными вредными выбросами.
Гидрометаллургические процессы, в свою очередь, тоже не лишены изъянов, поскольку их побочным продуктом может быть большое количество химических отходов. Тем не менее, у них есть неоспоримые преимущества. Исследовательская группа из WPI продемонстрировала, что их разработка позволяет извлекать из отработанных батарей до 92% критически важных металлов, таких как кобальт, марганец и никель. В дальнейшем эти материалы могут быть снова использованы для производства эффективных катодов. Как уже отмечалось, одно из ключевых достоинств процесса — высочайшая чистота получаемого карбоната лития, достигающая 99,79%, что превосходит действующие стандарты для новых батарей. Эксплуатационные характеристики аккумуляторов из вторсырья также внушают оптимизм: после 500 циклов зарядки тестовые образцы сохраняли 88% емкости, а после 900 циклов — 85%.
Новый метод выгоден и с экологической точки зрения, поскольку потребляет на 8,6% меньше энергии и на 13,9% сокращает общий углеродный след в сравнении с другими технологиями. К тому же, предложенный метод легко масштабируется, а это имеет первостепенное значение в условиях экспоненциального роста использования литий-ионных аккумуляторов. Наконец, эффективная переработка снижает зависимость от поставок сырья, например кобальта, из стран с неблагополучной ситуацией в области соблюдения прав человека.
Уважаемые читатели, если для вас данная статья была полезной, пожалуйста подпишитесь, это поможет начинающему автору и каналу в продвижении.