Tämä artikkeli on tarkistettu Science X:n toimituskäytäntöjen ja -menettelyjen mukaisesti. Toimittajat ovat korostaneet seuraavia ominaisuuksia varmistaessaan sisällön eheyden:
Matkapuhelimista, kannettavista tietokoneista ja yhä useammasta sähköajoneuvosta peräisin olevat litiumioniakut kasaantuvat, mutta kierrätysvaihtoehdot rajoittuvat edelleen pitkälti polttamiseen tai viallisten akkujen kemialliseen liuottamiseen. Nykyiset menetelmät voivat aiheuttaa ympäristöongelmia, ja niitä on vaikea tuottaa taloudellisesti teollisessa mittakaavassa.
Perinteisissä prosesseissa kierrätetään joitakin akkumateriaaleja ja käytetään emäksisiä emäksiä, epäorgaanisia happoja ja vaarallisia kemikaaleja, jotka voivat tuoda mukanaan epäpuhtauksia. Kriittisten metallien erottaminen vaatii myös monimutkaista erottelua ja saostusta. Metallien, kuten koboltin ja litiumin, kierrätys voi kuitenkin vähentää saastumista, riippuvuutta ulkomaisista lähteistä ja toimitusketjujen tukkeutumista.
Yhdysvaltain energiaministeriön Oak Ridgen kansallisen laboratorion tutkijat ovat kehittäneet menetelmän akkujen liuottamiseksi nestemäiseen liuokseen, mikä vähentää prosessissa käytettävien vaarallisten kemikaalien määrää. Heidän tutkimuksensa julkaistiin Energy Storage Materials -lehdessä.
ORNL-tutkijoiden kehittämä yksinkertainen, tehokas ja ympäristöystävällinen ratkaisu voittaa aiemmissa menetelmissä kohdatut merkittävät esteet.
Käytetyt akut liotetaan orgaanisen sitruunahapon (jota esiintyy luonnostaan ​​sitrushedelmissä) liuokseen, joka on liuotettu etyleeniglykoliin. Glykoli on pakkasneste, jota käytetään yleisesti kuluttajatuotteissa, kuten maaleissa ja kosmetiikassa. Sitruunahappo on peräisin kestävistä lähteistä ja sitä on turvallisempaa käsitellä kuin epäorgaanisia happoja. Tämä ympäristöystävällinen liuos tarjoaa erittäin tehokkaan prosessin metallien erottamiseen ja kierrätykseen akun positiivisesti varautuneessa elektrodissa eli katodissa.
”Koska katodi sisältää kriittisiä materiaaleja, se on minkä tahansa akun kallein osa ja muodostaa yli 30 prosenttia sen kustannuksista”, sanoo Yaokai Bai, ORNL:n akkututkimusryhmän jäsen. ”Lähestymistapamme voisi alentaa akkujen kustannuksia ajan myötä.” Tutkimus tehtiin Oak Ridge National Laboratoryn akkutehtaassa, joka on Yhdysvaltojen suurin ulkoilma-akkujen tutkimus- ja kehityslaitos.
Siellä kehitetty prosessointitekniikka mahdollistaa lähes 100 %:n koboltin ja litiumin liuottamisen katodista ilman epäpuhtauksien lisäämistä järjestelmään. Se pystyy myös tehokkaasti erottamaan metalliliuokset muista jäännöksistä. Mikä parasta, sen toissijainen tehtävä on ottaa talteen yli 96 % koboltista muutamassa tunnissa ilman lisäkemikaalien lisäämistä, mikä on usein monimutkainen manuaalinen prosessi happotasojen tasapainottamiseksi.
”Tämä on ensimmäinen kerta, kun yksi liuosjärjestelmä kattaa sekä liuotuksen että prosessoinnin toiminnot”, sanoo johtava tutkija Lu Yu. ”Oli mielenkiintoista huomata, että koboltti saostui ja laskeutui ilman lisähäiriöitä. Emme odottaneet tätä.”
Lisäkemikaalien tarpeen poistaminen alentaa kustannuksia ja estää sivutuotteiden tai toissijaisen jätteen syntymisen. ”Olemme innoissamme siitä, että tämä tiedemiehiemme kehittämä kierrätysprosessi voi tasoittaa tietä kriittisten akkumateriaalien laajemmalle kierrätykselle”, sanoo Ilyas Belharouaq, yritystutkija ja Oak Ridge National Laboratoryn sähköistysosaston johtaja.
Bai sanoi, että sitruunahapon ja etyleeniglykolin liuotusominaisuuksia oli tutkittu aiemmin, mutta tässä menetelmässä käytettiin enemmän happoa ja matalampia lämpötiloja, joten se oli vähemmän tehokas.
”Yllätyimme siitä, kuinka nopeasti se irtosi liuoksesta”, Bai sanoi. ”Orgaanisten happojen kanssa se kestää yleensä 10–12 tuntia, mutta tässä kesti vain tunnin.” Perinteiset epäorgaanisia happoja käyttävät liuokset ovat myös hitaampia, koska ne sisältävät vettä, jonka kiehumispiste rajoittaa reaktiolämpötilaa.
Lisätietoja: Lu Yu ym., Tehokas erotus ja yhteissaostus yksinkertaistettua katodin kierrätystä varten, Energy Storage Materials (2023). DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103025
Jos kohtaat kirjoitusvirheen, epätarkkuuden tai haluat lähettää pyynnön sisällön muokkaamisesta tällä sivulla, käytä tätä lomaketta. Yleisiin kysymyksiin käytä yhteydenottolomakettamme. Yleiseen palautteeseen käytä alla olevaa julkista kommenttiosiota (noudata ohjeita).
Palautteesi on meille erittäin tärkeää. Suuren viestimäärän vuoksi emme kuitenkaan voi taata henkilökohtaista vastausta.
Sähköpostiosoitettasi käytetään vain sähköpostin lähettäjän tunnistamiseen. Osoitettasi tai vastaanottajan osoitetta ei käytetä mihinkään muuhun tarkoitukseen. Antamasi tiedot näkyvät sähköpostissasi, eikä Tech Xplore tallenna niitä missään muodossa.
Tämä verkkosivusto käyttää evästeitä navigoinnin helpottamiseen, palvelujemme käytön analysointiin, mainosten personointitietojen keräämiseen ja kolmansilta osapuolilta saatavan sisällön tarjoamiseen. Käyttämällä verkkosivustoamme hyväksyt, että olet lukenut ja ymmärtänyt tietosuojakäytäntömme ja käyttöehtomme.