Микроволновый метод позволяет сократить время, необходимое для превращения старого порошка оксида лития-кобальта в нанолисты, с 7 дней до всего 2 часов.
Ученые из Сандиаской национальной лаборатории в США разработали способ использования обычных микроволновых технологий для извлечения энергии из разряженных батарей. Звучит безумно, но это работает.
Команда разработала метод вторичной переработки старых катодов литий-ионных батарей с использованием микроволнового излучения.
Интересно, что метод с использованием микроволнового излучения значительно сокращает время, необходимое для превращения старого порошка оксида кобальта в нанолисты, с 7 дней до всего 2 часов.
Переработка катодов
Эта разработка появилась в важный момент. Миллионы аккумуляторов электромобилей первого поколения подходят к концу своего срока службы. Обычно старые детали автомобилей сразу отправляются на свалку. Это огромная потеря драгоценных металлов.
В батареях используются катоды, которые содержат дорогостоящие и труднодоступные минералы, такие как литий и кобальт. Кобальт представляет собой особую проблему. Демократическая Республика Конго добывает примерно 70 процентов мировых запасов, что делает глобальные цепочки поставок в технологической отрасли невероятно уязвимыми для политических потрясений.
«Кобальт — важнейший материал практически для всей бытовой электроники», — сказала Клэр Дэвис-Уилер Чин, химик-наноматериалов из Сандиа и изобретатель этого метода.
«Поскольку существует только один основной источник кобальта, цепочка поставок кобальта может легко просто исчезнуть. У нас скоро появится огромное количество старых батарей от электромобилей, которые либо отправятся на свалку, либо мы сможем добывать их для развития внутреннего производства», — добавил Чин.
Используя регулируемый микроволновый реактор и крупный положительно заряженный химический ион, исследователи могут расщеплять порошок старых катодов батарей.
Известно, что микроволновые печи нагреваются неравномерно, что обычно раздражает тех, кто пытается разогреть остатки еды. Однако для химиков-технологов, занимающихся разработкой батарей, это неравномерное трение тепла и холода является не недостатком, а особенностью. Локальные скачки температуры резко разрывают упрямый порошок катода из оксида кобальта лития, расплетая его на микроскопические слои, называемые нанолистами.
Скорость процесса поразительна. Стандартные методы разрушения этого материала требуют целой недели высокотемпературного обжига. Метод с использованием микроволновой печи позволяет сделать это всего за два часа.
Этот метод также невероятно эффективен. Предыдущие лабораторные попытки создания этих нанолистов ограничивались выходом в 60 процентов, но микроволновая технология Sandia успешно преобразует 95 процентов исходного материала.
«Когда используются нанолисты, ионный обмен может охватить весь лист, и вы можете максимизировать количество важных материалов, которые могут быть обменены», — сказала Алия Лапп, электрохимик из Сандиа, специализирующаяся на гальваническом ионном обмене.
Экономически выгодно
Гибкость этих ультратонких нанолистов позволяет легко заменять изношенные ионы металлов, чтобы соответствовать меняющимся рыночным тенденциям. Например, замена дорогостоящего кобальта на более дешевый и высокоэффективный никель позволяет соответствовать современным автомобильным стандартам.
Интересно, что этот метод автоматически устраняет микроскопические дефекты и удаляет примеси, накопившиеся за десятилетие эксплуатации. Он исключает сложные этапы обработки, необходимые при стандартной переработке отходов.
Кроме того, любой извлеченный кобальт может быть захвачен с помощью специализированной молекулярной структуры и использован повторно, что позволяет исследователям разработать два модернизированных, готовых к промышленному применению катода из остатков одной отработавшей батареи.
Стандартные центры переработки работают как огромные, энергозатратные доменные печи. Процесс, используемый в Sandia, обеспечивает низкую температуру, низкую стоимость и высокую скорость переработки. Предварительное экономическое моделирование показывает, что эта технология может увеличить прибыль от переработки батарей на целых 30 процентов по сравнению со стандартными коммерческими методами.
Технология быстро выходит за пределы лаборатории. Исследовательская группа уже подала две заявки на патенты и опросила 80 лидеров отрасли, чтобы подготовить технологию к коммерческому рынку.
Sourse: interestingengineering.com
