Исследователи из Университета Райса утверждают, что водный раствор позволяет извлекать ценные металлы из батарей за считанные минуты без использования агрессивных кислот.
Исследователи из Университета Райса разработали метод на водной основе, позволяющий за считанные минуты извлекать ценные металлы из отработанных литий-ионных батарей, предлагая более быструю и энергоэффективную альтернативу традиционным системам переработки.
Новый технологический процесс ориентирован 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 батарей приобретает все большее значение в условиях ужесточения цепочек поставок минералов и стремления стран снизить зависимость от вновь добываемых материалов. Однако многие существующие методы переработки основаны на использовании агрессивных кислот, токсичных растворителей или длительном времени обработки.
Исследователи из Университета Райса утверждают, что их новый класс водных растворов «аминохлорида» позволяет быстро извлекать металлы, избегая при этом многих из указанных недостатков.
Металлы вернулись, 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 извлечения металлов, используя гораздо более простую систему на водной основе».
Команда сосредоточилась на гидрометаллургической переработке, при которой металлы, используемые в батареях, растворяются в жидкости, а затем разделяются для повторного использования. Этот метод считается одним из наиболее масштабируемых, но использование распространенных растворителей может создавать экологические и финансовые проблемы.
Для улучшения процесса исследователи протестировали несколько солей аминохлорида в качестве альтернативных выщелачивающих агентов. Наилучшие результаты показало одно соединение — хлорид гидроксиаммония, или HACl.
В ходе испытаний раствор HACl позволил извлечь около 65 процентов ключевых металлов из батарей всего за одну минуту при комнатной температуре. Для нескольких металлов показатели извлечения превысили 75 процентов при несколько большем времени обработки.
Такая скорость примечательна, поскольку многие системы рециркуляции требуют повышенных температур или длительных периодов реакции, что увеличивает потребление энергии и эксплуатационные расходы.
Вода побеждает растворители.
«Мы были удивлены тем, насколько быстро происходит реакция, особенно без использования высоких температур», — сказал Кинг. «Уже в первую минуту мы видим, как происходит большая часть извлечения металла».
Исследователи заявили, что замена традиционных органических растворителей водой снижает вязкость, позволяя молекулам двигаться свободнее и ускоряя реакции. Химия на водной основе также упрощает обращение с отходами и может снизить экологические риски.
Команда использовала эксперименты и моделирование, чтобы понять, почему раствор показал такие хорошие результаты. Хотя кислотность и хлорид-ионы способствуют растворению металлов, исследователи обнаружили, что встроенный в HACl редокс-активный азотный центр играет важную роль.
«Хотя быстрое растворение металла представляет большой интерес, наиболее захватывающим является то, что это подчеркивает общие химические свойства, которые являются основными факторами, определяющими эффективность выщелачивания», — сказала Сохини Бхаттачарья.
«Эта способность к окислительно-восстановительным реакциям дает ей существенное преимущество перед другими аналогичными системами, которые мы тестировали». После извлечения полученные металлы были переработаны в новые материалы для батарей, что демонстрирует замкнутый цикл переработки.
Полученные результаты могут помочь в разработке заводов по переработке батарей следующего поколения за счет сочетания малотоксичных растворителей с целенаправленной химией, повышающей скорость и эффективность. Учитывая ожидаемый резкий рост количества отходов батарей электромобилей в ближайшие годы, более быстрые методы переработки могут стать все более ценными.
Исследование было опубликовано в журнале Small.
Sourse: interestingengineering.com
