Нарастването на литиево-йонните батерии в електрическите превозни средства и системите за съхранение на енергия доведе до нарастващ брой излезли от употреба батерии, което представлява значително предизвикателство за устойчивото енергийно развитие. Китайски учени въведоха стратегия за екологично рециклиране, която извлича литий с повече от 95 процента ефективност при меки условия.
Проучването, наскоро публикувано в списанието Nature Communications, разкрива иновативен „газиран“ метод, използващ само въглероден диоксид и вода. Подходът не само възстановява литий, но също така трансформира други метали във висококачествени катализатори, като същевременно улавя въглероден диоксид.
„Литиево-йонните батерии обикновено се разграждат след пет до осем години, което прави рециклирането от съществено значение за запазването на стратегически метали като литий, кобалт и никел, като същевременно предотвратява замърсяването и управлява рисковете за безопасността“, каза Сун Джи, професор в Института по инженерство на процеси към Китайската академия на науките и съответният автор на изследването.
Sun отбеляза, че традиционните методи за рециклиране често консумират големи количества енергия и химикали, генерират замърсяване, включват сложни процедури и произвеждат продукти с ниска стойност. Те включват пирометалургични процеси, които изискват продължително топене при температури над 1000 C, и хидрометалургични процеси, които включват множество химични стъпки, които често произвеждат отпадъчни води и опасни отпадъци.
За да се справи с тези проблеми, изследователският екип разработи метод, използващ въглероден диоксид като единствен реагент. Те смилат катодния материал от изразходвани батерии, за да разрушат неговата кристална структура, карайки литиевите атоми да мигрират към повърхността на частиците и да образуват богат на литий слой, докато други метали като никел и кобалт остават в кристалната структура. Това разделяне подобрява ефективността на извличане на литий.
След това учените накисват материала във вода и въвеждат въглероден диоксид в процес, подобен на производството на газирани напитки. Следи от водородни йони от разтворения въглероден диоксид реагират с лития, разтваряйки го в разтвор на литиев бикарбонат, като оставят другите метали незасегнати.
Чрез нагряване на разтвора на литиев бикарбонат учените получават литиев карбонат – ключов материал за литиеви батерии – с чистота над 99,5 процента. Твърдият остатък, останал след екстракцията на литий, не е отпадък. Има уникална структура, която го прави високоефективен катализатор, поддържащ стабилност за повече от 200 часа работа.
„Този процес, който работи при ниска консумация на химикали, предлага иновативно зелено решение за рециклиране на използвани литиево-йонни батерии“, каза Sun, подчертавайки потенциала му да подкрепи двойните въглеродни цели на Китай за пикови въглеродни емисии преди 2030 г. и постигане на въглеродна неутралност преди 2060 г.
„В бъдеще планираме да проучим директното използване на промишлени димни газове, съдържащи ниски концентрации на въглероден диоксид в този процес, като допълнително увеличим екологичните и икономически ползи“, добави той.
Нашия източник е Българо-Китайска Търговско-промишлена палaта