Водный метод восстанавливает 65% металлов аккумуляторной батареи электромобиля за одну минуту при комнатной температуре

Автор: Нитика Уолтер (Интересная инженерия),

Исследователи из Университета Райса разработали метод на водной основе, который восстанавливает ценные металлы из отработанных литий-ионных батарей за считанные минуты , предлагая более быструю и менее энергозатратную альтернативу традиционным системам переработки.

Новый процесс нацелен на ключевые материалы для аккумуляторов, включая литий, кобальт, никель и марганец , спрос на которые растет по мере расширения производства электромобилей и электроники во всем мире.

Переработка аккумуляторов становится все более важной, поскольку цепочки поставок полезных ископаемых ужесточаются, а страны стремятся снизить зависимость от вновь добываемых материалов. Но многие современные методы восстановления основаны на использовании агрессивных кислот, токсичных растворителей или длительном времени обработки.

Исследователи риса говорят, что их новый класс водных растворов «аминохлоридов» может быстро извлекать металлы, избегая при этом многих из этих недостатков.

Металлы возвращаются, быстро

«Традиционные методы переработки часто основаны на использовании агрессивных кислот или медленных, энергоемких процессах», — сказал первый автор исследования Саймон М. Кинг. « Мы показали, что можно добиться быстрого и высокоэффективного восстановления металлов, используя гораздо более простую систему на водной основе. «

Команда сосредоточилась на гидрометаллургической переработке, при которой металлы аккумуляторов растворяются в жидкости, а затем отделяются для повторного использования. Это считается одним из наиболее масштабируемых подходов, но обычные растворители могут создать экологические и финансовые проблемы.

Чтобы улучшить процесс, исследователи протестировали несколько солей аминохлоридов в качестве альтернативных выщелачивающих агентов. Одно соединение, хлорид гидроксиламмония или HACl, показало наилучшие результаты .

В ходе тестирования раствор HACl экстрагировал около 65 процентов основных металлов батареи всего за одну минуту при комнатной температуре. Уровень восстановления превысил 75 процентов для нескольких металлов с немного более длительным временем обработки.

Такая скорость примечательна тем, что многие системы переработки требуют повышенных температур или продолжительных периодов реакции, что увеличивает потребление энергии и эксплуатационные расходы.

Вода превосходит растворители

«Мы были удивлены тем, насколько быстро происходит реакция, особенно без участия высоких температур», — сказал Кинг. « В течение первой минуты мы уже видим, как происходит большая часть извлечения металла «.

Исследователи заявили, что замена традиционных органических растворителей водой снижает вязкость, позволяя молекулам двигаться более свободно и ускорять реакции. Химия на водной основе также упрощает обращение с отходами и может снизить экологические риски.

Команда использовала эксперименты и моделирование, чтобы понять, почему решение работает так хорошо. Хотя кислотность и ионы хлорида помогают растворять металлы, исследователи обнаружили, что встроенный в HACl окислительно-восстановительный центр азота играет важную роль.

« Хотя быстрое растворение металлов очень интересно, самое интересное то, что оно подчеркивает общие химические свойства, которые являются основными движущими силами эффективного выщелачивания «, — сказала Сохини Бхаттачария.

«Эта окислительно-восстановительная способность дает ей большое преимущество перед другими аналогичными системами, которые мы тестировали». После извлечения извлеченные металлы были переработаны в новые материалы для батарей, демонстрируя путь переработки по замкнутому циклу.

Полученные результаты могут помочь создать заводы по переработке аккумуляторов следующего поколения, сочетая малотоксичные растворители с целевыми химическими веществами, которые повышают скорость и эффективность. Поскольку ожидается, что в ближайшие годы количество отходов аккумуляторов электромобилей резко возрастет, более быстрые методы восстановления могут стать все более ценными.

Исследование опубликовано в журнале Small.