Naukowcy z Rice University pod kierownictwem Jamesa Toura opracowali rewolucyjną metodę recyklingu akumulatorów litowo-jonowych, niezbędną do ograniczenia wpływu na środowisko w miarę szybkiego wzrostu zużycia akumulatorów, szczególnie w pojazdach elektrycznych. Ich proces, wykorzystujący ogrzewanie błyskawiczne Joule’em, pozwala na szybkie podgrzewanie zużytych akumulatorów, separację magnetyczną i niezwykły odzysk metali akumulatorowych na poziomie 98%, skutecznie utrzymując wartość i strukturę materiałów do ponownego użycia.
Naukowcy opracowali przełomową metodę recyklingu akumulatorów litowo-jonowych, wykorzystując technikę separacji magnetycznej, która skutecznie oczyszcza materiały akumulatorów, zachowując ich integralność strukturalną i funkcjonalność.
Zespół badawczy na Uniwersytecie Rice, kierowany przez Jamesa Toura, profesora chemii TT i WF Chao oraz profesora nauk o materiałach i nanoinżynierii, zajmuje się wyzwaniem środowiskowym polegającym na efektywnym recyklingu akumulatorów litowo-jonowych w miarę ciągłego wzrostu ich wykorzystania.
Zespół opracował nową metodę ekstrakcji oczyszczonych materiałów aktywnych z odpadów akumulatorowych, jak szczegółowo opisano w czasopiśmie Komunikacja przyrodnicza 24 lipca. Ich odkrycia mogą potencjalnie ułatwić skuteczną segregację i recykling cennych materiałów z akumulatorów za minimalną opłatą, przyczyniając się do bardziej ekologicznej produkcji pojazdów elektrycznych (EV).
Badacze zajmujący się ryżem pod kierownictwem Jamesa Tour opracowali innowacyjną metodę recyklingu baterii. Źródło: Jeff Fitlow/Uniwersytet Rice
„Wraz ze wzrostem wykorzystania akumulatorów, szczególnie w pojazdach elektrycznych, pilna jest potrzeba opracowania zrównoważonych metod recyklingu” – stwierdził Tour.
Konwencjonalne techniki recyklingu zazwyczaj obejmują rozkładanie materiałów akumulatorowych na ich formy elementarne w drodze energochłonnych procesów termicznych lub chemicznych, które są kosztowne i mają znaczący wpływ na środowisko.
Innowacyjna metoda recyklingu wykorzystująca właściwości magnetyczne
Zespół zaproponował, że właściwości magnetyczne mogą ułatwić oddzielanie i oczyszczanie materiałów zużytych akumulatorów.
Ich innowacja wykorzystuje metodę znaną jako bezrozpuszczalnikowa błyskawiczne ogrzewanie Joule’a (FJH). Technika ta opracowana przez Toura polega na przepuszczaniu prądu przez materiał o umiarkowanym oporze w celu jego szybkiego ogrzania i przekształcenia w inne substancje.
Korzystając z FJH, badacze podgrzali odpady akumulatorowe do 2500 kelwinów w ciągu kilku sekund, tworząc unikalne cechy z powłokami magnetycznymi i stabilnymi strukturami rdzenia. Separacja magnetyczna pozwoliła na wydajne oczyszczanie.
W trakcie tego procesu katody akumulatorów na bazie kobaltu — zwykle stosowane w pojazdach elektrycznych i związane z wysokimi kosztami finansowymi, środowiskowymi i społecznymi — nieoczekiwanie wykazywały magnetyzm w zewnętrznych warstwach tlenku kobaltu spinelowego, umożliwiając łatwe oddzielanie.
Podejście badaczy zaowocowało wysoką wydajnością odzyskiwania metalu z akumulatorów, wynoszącą 98%, przy zachowaniu wartości struktury akumulatora.
„Warto zauważyć, że po oddzieleniu zawartość zanieczyszczeń metalicznych została znacznie zmniejszona, przy jednoczesnym zachowaniu struktury i funkcjonalności materiałów” – stwierdził Tour. „Struktura masowa materiałów akumulatorowych pozostaje stabilna i jest gotowa do przetworzenia w nowe katody”.
Odniesienie: „Nieniszczący recykling katody flash” autorstwa Weiyina Chena, Yi Chenga, Jinhang Chena, Kseni V. Bets, Rodrigo V. Salvatierra, Chang Ge, Johna Tianci Li, Duy Xuan Luonga, Cartera Kittrella, Zicheng Wanga, Emily A. McHugh, Guanhui Gao, Bing Deng, Yimo Han, Boris I. Yakobson i James M. Tour, 24 lipca 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-50324-x
Badanie zostało wsparte przez Biuro Badań Naukowych Sił Powietrznych, Korpus Inżynierów Armii Stanów Zjednoczonych ERDC i stypendium Rice Academy Fellowship.
