Исследователи из Корнеллского университета разработали инновационную технологию переработки литий-ионных аккумуляторов, которая позволяет возвращать их к жизни без дорогостоящего измельчения или переплавки.
Вместо традиционных методов ученые предложили очищать уже существующие электроды, используя их повторно. Разработка получила название DEER (Direct Electrode-to-Electrode Regeneration, что переводится как «прямая регенерация электродов»).
Проблема существующих методов переработки
В настоящее время большинство отработавших аккумуляторов перерабатывают двумя основными способами: плавлением при высоких температурах или измельчением в «черную массу» с последующим химическим извлечением ценных металлов.
Оба процесса требуют значительных затрат энергии, воды и реагентов, что делает их экологически и экономически неэффективными. Новый подход, напротив, позволяет обойтись без разрушения ключевых компонентов батареи.
По словам авторов исследования, главная причина деградации многих аккумуляторов заключается не в разрушении самих электродов, а в образовании на их поверхности плотного слоя побочных химических соединений.
Этот слой постепенно препятствует движению ионов лития, из-за чего емкость батареи снижается. При этом структура катода и анода часто остается в хорошем состоянии.
Принцип действия технологии DEER
Технология DEER предусматривает извлечение электродов из отработавшей батареи и их обработку в специальном растворе на основе вещества DMI (1,3-диметил-2-имидазолидинон). Раствор удаляет накопившиеся отложения, практически не затрагивая сам материал электродов. После такой очистки элементы можно использовать повторно при сборке новых аккумуляторов.
В лабораторных испытаниях ученым удалось восстановить до 95% первоначальной емкости батарей.
Экономическое моделирование показало, что новый метод способен снизить стоимость производства восстановленных аккумуляторов примерно на 56% по сравнению с традиционной переработкой.
Кроме того, технология заметно сокращает потребление энергии, воды и объем вредных выбросов.
Разработчики считают, что метод может стать особенно востребованным на фоне роста рынка электромобилей и систем хранения энергии.
Сейчас технология успешно протестирована на батареях, сохранивших около 70–80% первоначальной емкости — именно такие аккумуляторы обычно выводят из эксплуатации.
Следующим этапом станет масштабирование процесса для промышленных объемов и работа с более сложными видами деградации аккумуляторов.