Được xuất bản lần đầu trên Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho
Bởi Hank Hogan cho INL Communications &Outreach
Pin Lithium-ion đã dẫn đến một cuộc cách mạng trong lĩnh vực điện tử tiêu dùng và công nghiệp, mở đường cho một tương lai không dây với lượng khí thải carbon ít hơn.
Tuy nhiên, nguồn năng lượng nhẹ, có thể sạc lại cho mọi thứ, từ điện thoại di động đến xe điện đặt ra một thách thức lớn về môi trường:Làm thế nào để bạn loại bỏ pin khi nó không còn hữu dụng?
Chỉ đơn giản là vứt nó vào một bãi rác vừa nguy hiểm vừa lãng phí. Hỏa hoạn có thể bắt đầu khi máy ủi chạy qua pin trong khi di chuyển đất và các mảnh vỡ. Ngoài ra, pin chết chứa các nguyên tố có giá trị như coban, lithium và mangan — ở nồng độ cao hơn nồng độ có thể tìm thấy trong quặng thương mại.
Do đó, tái chế có thể là một ngành kinh doanh lớn, phát triển cùng với đội xe điện. Các chuyên gia cho rằng đến năm 2040 sẽ có 500 triệu xe chở khách chạy bằng điện trên toàn thế giới (gần một phần ba số xe chở khách dự đoán). Đến lúc đó, giá trị của nguyên liệu thô trong pin lithium-ion cuối đời sẽ tăng từ khoảng 0,3 tỷ USD vào năm 2020 lên 1,1 tỷ USD vào năm 2025 và gần 24 tỷ USD vào năm 2040.
TÁI TẠO BẰNG NHIỆT ĐỘ VÀ HÓA CHẤT ÍT NHẤT
Trước những thách thức và cơ hội ngày càng tăng này, Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho (INL) đặt mục tiêu làm cho việc tái chế pin lithium-ion dễ dàng hơn, hiệu quả hơn và có khả năng xanh hơn. Những kết quả đáng khích lệ của những nỗ lực này gần đây đã xuất hiện trên tạp chí Tài nguyên, Bảo tồn và Tái chế.
Việc tái chế có thể củng cố chuỗi cung ứng cho các nhà sản xuất pin bằng cách giảm nhu cầu phụ thuộc vào các nguồn nguyên liệu mới có thể không đáng tin cậy. Đó là lý do tại sao nghiên cứu được tài trợ bởi Viện Vật liệu quan trọng của Bộ Năng lượng. Một mục tiêu của viện là đa dạng hóa việc cung cấp các nguyên liệu năng lượng quan trọng, một phần thông qua tái sử dụng và tái chế.
Ắc quy Nissan Leaf, 2014 do Nissan cung cấp
Ngày nay, ước tính chỉ có khoảng 5% pin lithium-ion được tái chế. Đó là, ở một mức độ nào đó, bởi vì quy trình này một phần là thủ công, liên quan đến nhiệt độ cao và hóa chất ăn da, và không hiệu quả, theo Tedd Lister, một nhà khoa học nhân viên INL và đồng tác giả bài báo.
Trong bài báo của mình, các nhà nghiên cứu đã báo cáo về nguyên lý cho một cách tiếp cận khác để tái chế pin, một phương pháp hoạt động ở nhiệt độ phòng và giảm đáng kể việc sử dụng hóa chất.
Chuỗi cung ứng Lithium –Phân tích dòng thương mại từ mỏ Lithium đến nhà máy.
Tín dụng cho biểu đồ từ Joule 1, 229–243, ngày 11 tháng 10 năm 2017.
Quy trình mới là điện hóa, Lister nói. Vì vậy, thay vì nhiệt, năng lượng đến từ điện, cung cấp năng lượng cho các phản ứng làm tách coban, lithium, mangan và các vật liệu khác ra khỏi pin. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh phương pháp tiếp cận trong một ô có kích thước vài inch ở cạnh bên, đủ nhỏ để có thể thu được.
Các nhà khoa học bắt đầu với pin lithium-ion vụn, với nguyên liệu do Retriev Technologies của Lancaster, Ohio cung cấp. Một công ty quản lý và tái chế pin, Retriev cũng tham gia vào nghiên cứu, cũng như Solvay, một công ty có trụ sở tại Brussels chuyên cung cấp các hóa chất dùng để tách kim loại.
Sau khi phát triển quy trình điện hóa, các nhà khoa học đã thử nghiệm nó và nhận thấy rằng chúng có thể đạt được tỷ lệ thu hồi tái chế cao. Họ đã báo cáo hiệu suất hơn 96% về coban, liti, mangan và niken được chiết xuất, thoát khỏi quá trình trong một dòng đầu ra duy nhất. Ngược lại, đồng - một kim loại có giá trị thương mại cao - lắng đọng trên cực âm, giúp đơn giản hóa quá trình phân tách ở hạ nguồn, Lister nói.
Phân tích chi phí sơ bộ cho thấy chi phí năng lượng và hóa chất giảm khoảng 80% so với các kỹ thuật tái chế hiện tại.
Các kế hoạch trong tương lai bao gồm phát triển một quy trình điện hóa để tách đầu ra của quá trình lọc thành coban, lithium, mangan và niken. Nhóm cũng đang tìm cách tái sử dụng một vật liệu quan trọng khác, graphite, vật liệu còn sót lại và có khả năng được tái chế.
Sau đó, cả hai quá trình lọc và tách cần được mở rộng đến một kích thước hữu ích trong môi trường công nghiệp. Một phần của nỗ lực này sẽ bao gồm việc tối ưu hóa quá trình lọc và tách bằng cách tinh chỉnh các thông số để cải thiện hiệu suất và hiệu quả. Ngoài đối tác dự án Retriev, các nhà khoa học của INL quan tâm đến việc làm việc với các đối tác thương mại về các bước tiếp theo này.
Cuối cùng, kiểu tái chế pin này có thể tận dụng năng lượng dư thừa đôi khi được sản xuất bởi các nhà máy điện quy mô tiện ích.
Luis Diaz Aldana, tác giả chính của bài báo và là nhà khoa học / kỹ sư điện hóa INL cho biết:“Bạn đang sử dụng năng lượng để tạo ra một sản phẩm mà sau này sẽ được sử dụng để sản xuất năng lượng.
Được xuất bản lần đầu vào Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho
Hình ảnh nổi bật qua Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.
Tôi có nên mua xe điện không?
SAIC-GM-Wuling xây dựng trạm năng lượng lưu trữ năng lượng từ pin xe điện đã nghỉ hưu
Cách Volkswagen sẽ tái chế pin xe điện
Ắc quy xe điện cũ sẽ chết ở đâu?