Хотя технологии извлечения лития, как правило, ориентированы на извлечение этого ценного металла из недр земли, есть и другой источник: старые аккумуляторы, которые больше не работают. Новая технология может сделать этот процесс экономически выгодным.
Когда речь идёт о накоплении энергии в аккумуляторных батареях, литий трудно превзойти. Будучи самым лёгким металлом в таблице Менделеева, он обладает впечатляющей плотностью энергии. Он также легче любого другого металла отдаёт электроны, что означает его самый высокий электрохимический потенциал. Кроме того, он превосходно сохраняет и многократно высвобождает энергию. Однако, несмотря на обилие лития на нашей планете, его добыча в чистых источниках может быть сложной, дорогостоящей и экологически вредной.
Поэтому в поисках других источников этого материала учёные обратились к литий-ионным аккумуляторам, срок службы которых подошел к концу, но внутри которых всё ещё сохранилось вполне пригодное для использования количество металла. Например, в прошлом году мы узнали о методе использования микроволн для высвобождения лития из отработанных аккумуляторов. Тем не менее, несмотря на обилие отработанных аккумуляторов, отделение лития от других содержащихся в них материалов может быть дорогостоящим.
Встречайте новую технологию от учёных из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне. Там группа под руководством профессора химической и биомолекулярной инженерии Сяо Су разбирает аккумуляторы и погружает их в органический растворитель. В результате получается рассол, содержащий литий и другие металлы, присутствующие в аккумуляторах.
Для сбора лития учёные разработали специальный электрод, состоящий из сополимера, состоящего из молекул, которые прикрепляются к литию, и молекул, реагирующих на электрический ток. Помещенный в рассол и подключенный к нему, электрод, подобно губке, поглощал из раствора только литий, оставляя остальные металлы.
Метод оказался эффективным не только для отделения и извлечения лития, но и для сохранения проводимости электрода на протяжении более 500 циклов. Более того, исследователи утверждают, что этот метод гораздо более доступен по цене, чем другие методы извлечения лития из аккумуляторов: его стоимость составляет около 12,70 долларов США за килограмм извлеченного лития.
Для сравнения, кислотное выщелачивание обходится примерно в 81–462 доллара за килограмм и приводит к образованию химических отходов, а высокотемпературная плавка обходится в 36–126 долларов за килограмм и менее эффективна для отделения лития от других элементов. Основываясь на этих результатах, команда утверждает, что её метод может стать первым коммерчески выгодным способом извлечения лития из отработанных аккумуляторов.
Действительно, по данным Daily Metal Prices , на момент написания статьи литий на открытом рынке стоил 13,17 доллара за килограмм. Так что этот способ фактически обходится дешевле, чем просто покупать металл.
Исследователи отмечают, что их работа была разработана как исследование для проверки концепции, и считают, что теперь следует приложить больше усилий для масштабирования и уточнения своего открытия.
«Эти результаты подтверждают широкую применимость электрохимического разделения для переработки металлов, не только в воде, но и в органических растворителях, которые обычно используются для выщелачивания отработанных аккумуляторов», — заключает Су. «Мы предполагаем, что эта работа поможет создать более цикличную, устойчивую цепочку поставок лития, повысив надежность поставок и потенциально снизив воздействие на окружающую среду, связанное с другими способами извлечения лития, такими как добыча полезных ископаемых».
Исследование опубликовано в журнале ACS Energy Letters .
