Любопытная новость на днях пришла от исследователей аккумуляторов. Суть довольна сложна, но попытаюсь максимально ясно изложить это, возможно, прорывное технологическое открытие. Дело в том, что литий-ионные аккумуляторы используются во многих технических устройствах, например, в электромобилях, смартфонах и накопителях для фотоэлектрических систем. Однако литий также влечет за собой экономическую зависимость, поскольку лишь немногие страны мира поставляют этот бело-серебристый металл.
Переработка аккумуляторов позволяет извлекать литий и другие материалы. Обычно для этого требуются высокие температуры и химикаты. Исследовательская группа разработала технологию, которая может сэкономить ресурсы и, следовательно, деньги, а также улучшить процесс переработки.
Тепловой разгон
Повреждение или короткое замыкание аккумуляторов может спровоцировать химическую цепную реакцию, которая приводит к выделению тепла внутри аккумулятора. Эта реакция известна как тепловой разгон.
В настоящее время предпринимаются попытки предотвратить его. Тепловой разгон приводит к возгоранию или взрыву литий-ионного аккумулятора.
Управляемое короткое замыкание как решение
На сегодняшний день для переработки аккумуляторов используются два основных процесса. Пирометаллургия используется для переработки аккумуляторов при температуре не менее 1400 °C. Другой вариант — гидрометаллургия, при которой измельчённые компоненты аккумулятора обрабатываются кислотами, что приводит к образованию токсичных отходов.
Однако исследователи предлагают использовать энергию, накопленную в аккумуляторе, для его, так сказать, самопереработки посредством управляемого короткого замыкания. Процесс происходит с помощью специального устройства. Короткое замыкание в одном элементе приводит к реакции во всём аккумуляторе, но исследователи контролируют её для достижения оптимального результата.
Выброшенные аккумуляторы часто остаются частично заряженными. Эту энергию можно сразу же использовать для выработки тепла, необходимого для переработки. Это может снизить поступление тепла извне.
70% заряда — оптимальный вариант
Для экспериментов исследователи использовали аккумулятор емкостью 24 ампер-часа с катодом из оксида никель-марганца-кобальта. По словам исследователей, аккумулятор, заряженный на 50%, достигает температуры 515 °C за секунды, а при полном заряде — 1100 °C.
В идеале аккумулятор следует заряжать до 70%, что требует лишь небольшого количества энергии, а именно 0,28 мегаджоуля на килограмм аккумулятора. В зависимости от типа аккумулятора, можно восстановить 99,9% лития. Другие компоненты аккумулятора, такие как никель, кобальт или марганец, также могут быть использованы повторно.
Энергия, парниковые газы и затраты
По сравнению с пирометаллургией этот метод обеспечивает экономию электроэнергии на 97,8%, а по сравнению с гидрометаллургией — на 96,1%. Также значительно сокращается использование соляной кислоты, а перекись водорода вообще не нужна.
Что касается выбросов парниковых газов, процесс переработки снижает их на 54,6% и 44,5% соответственно по сравнению с пирометаллургией и гидрометаллургией. Предложенный исследователями процесс также экономически выгоден. Прибыль на килограмм аккумулятора составляет примерно 1,94 доллара. Гидрометаллургия приносит 1,14 доллара, а пирометаллургия — 0,97 доллара.