Механохимический процесс переработки отработанных литий-ионных батарей с использованием CO₂ при комнатной температуре

С каждым годом количество литий-ионных батарей растет, и только в 2016 году оно достигло 7,8 миллиарда по всему миру, в то время как в большинстве развивающихся стран отсутствуют надлежащие правила утилизации. Поскольку во всем мире используются миллиарды литий-ионных батарей, растущая волна отработанных аккумуляторов создает серьезные риски для окружающей среды и здоровья.

Теперь исследователи из Китайской академии наук и Пекинского технологического института представили революционную стратегию "три в одном" для решения растущего глобального кризиса отработанных литий-ионных батарей. В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, подробно описывается процесс, который восстанавливает критические металлы при комнатной температуре без энергоемких печей или агрессивных кислот, обычно требуемых при переработке.

В основе прорыва лежит механохимическая обработка - высокоэнергетический процесс измельчения шариками, который вызывает катионное разупорядочение в атомной структуре батареи. Эта механическая сила вызывает микросегрегацию, направляя атомы лития к поверхности и концентрируя переходные металлы, такие как никель и кобальт, в ядре. Такая перегруппировка делает литий высокореактивным, что позволяет избирательно извлекать его.

Чтобы извлечь металл, команда ввела смесь воды и углекислого газа (_CO2) под давлением._CO2 выступает в роли выщелачивающего реагента, вступая в реакцию с богатой литием поверхностью и образуя высокочистый бикарбонат лития. Этот метод позволяет достичь эффективности извлечения лития более 95% и при этом эффективно изолировать_CO2, предотвращая попадание парникового газа в атмосферу.

Эта стратегия также решает проблему вторичных отходов. Вместо того чтобы выбрасывать оставшиеся металлические отходы, процесс перерабатывает их в высокоэффективные катализаторы реакции выделения кислорода (OER) для экологически чистого производства водорода. В ходе испытаний эти катализаторы продемонстрировали низкий оверпотенциал 322 мВ и оставались стабильными в течение более 200 часов работы.

Работая при температуре и давлении окружающей среды, система устраняет токсичные жидкие отходы и высокий углеродный след, связанный с традиционной пирометаллургией и гидрометаллургией. Исследователи считают, что этот замкнутый цикл - который особенно эффективен для систем с высоконикелевым катодом - представляет собой устойчивое решение промышленного масштаба, позволяющее соединить утилизацию отходов аккумуляторов с преобразованием возобновляемой энергии.