Исследователи из Университета Райса под руководством профессора Джеймса Тура разработали революционный метод переработки литий-ионных аккумуляторов. Эта инновация особенно актуальна в условиях растущего использования батарей, в том числе в электромобилях, и направлена на снижение экологического воздействия. Новый метод обещает эффективное разделение и переработку ценных материалов аккумуляторов за минимальную стоимость, что будет способствовать более экологичному производству электромобилей.
Команда, возглавляемая профессором химии Т.Т. и В.Ф. Чао и профессором материаловедения и наноинженерии, решает проблему экологически чистой переработки литий-ионных батарей, учитывая их растущее использование. Результаты их работы опубликованы в журнале Nature Communications.
Разработанный процесс использует вспышечный Джоулевский нагрев для быстрого нагрева отходов батарей, что позволяет провести магнитную сепарацию и извлечь 98% металлов из батарей. Это эффективно сохраняет ценность и структуру материалов для последующего использования.
«В связи с резким увеличением использования аккумуляторов, особенно в электромобилях, необходимость в устойчивых методах переработки стала более актуальной», — отметил Джеймс Тур. Он добавил, что традиционные методы переработки обычно включают энергоемкие термические или химические процессы, которые являются дорогостоящими и наносят значительный вред окружающей среде.
Исследователи предположили, что магнитные свойства могут облегчить разделение и очистку отработанных аккумуляторных материалов. Их метод, известный как флэш-нагрев Джоуля без растворителя (FJH), включает пропускание тока через материал с умеренным сопротивлением, что приводит к быстрому нагреву и превращению его в другие вещества.
Используя FJH, команда смогла нагреть отходы аккумуляторов до 2500 Кельвинов за считанные секунды, что создало уникальные магнитные свойства и стабильные структуры. Магнитная сепарация позволила эффективно очистить материалы. Оказалось, что катоды на основе кобальта, которые обычно используются в электромобилях и связаны с высокими финансовыми, экологическими и социальными затратами, проявили магнетизм в наружных слоях оксида кобальта, что облегчило их отделение.
Этот подход обеспечил высокую степень извлечения металлов из батарей — 98% — при сохранении структуры и функциональности материалов. «Примечательно, что количество металлических примесей после разделения значительно уменьшилось, а структура и функциональность материалов осталась неизменной, что позволяет использовать их для восстановления новых катодов», — подчеркнул Тур.