Способы утилизации литий ионных аккумуляторов

Проблемы переработки литий-ионных аккумуляторов — и как их решить

Энергетический переход и декарбонизация предполагают ускоренное распространение литий-ионных аккумуляторов, используемых в транспортных средствах и системах накопления энергии.

Сегодня рынок этих технологий находится в стадии становления, однако ни у кого не возникает сомнений, что он разрастётся до гигантских размеров.

Поэтому уже сегодня поднимаются вопросы переработки литий-ионных аккумуляторов. И у нас на RenEn было опубликовано несколько статьей по этим вопросам, в частности «К вопросу утилизации литий-ионных аккумуляторов» и «Сырье из переработанных литий-ионных аккумуляторов впервые поставлено заказчику».

Сегодня всё чаще говорят о круговой экономике и о необходимости формирования экономической и технологической модели «замкнутого цикла».

Ученые из Великобритании и США провели исследование основных технологий переработки литий-ионных аккумуляторов, результаты которого изложены в статье «Важность конструкции в деле переработки литий-ионных батарей — критический обзор», опубликованной в научном журнале Green Chemistry.

На сегодняшний день утилизация не считается приоритетной задачей производителей аккумуляторов, основное внимание, естественно, уделяется техническим характеристикам. Авторы новой статьи считают, что вопросы переработки батарей должны учитываться на стадии проектирования продукта. Это позволит создать жизнеспособную масштабируемую схему утилизации, соответствующую принципам круговой экономики.

«Для создания круговой экономики для любого материала важно иметь небольшое количество компонентов, более низкую стоимость вторичного процесса [рециркуляции], чем первичного процесса [добычи сырья], простую схему очистки, ценные компоненты, а также механизмы сбора и сегрегации», — пишут авторы. «Также помогает, когда материал, если он не перерабатывается, оказывает значительное воздействие на окружающую среду, поскольку тогда вторичная переработка может быть обязательной».

«Этим критериям соответствует множество материалов, включая стекло, бумагу / картон, сталь, алюминий, пластиковые бутылки, автомобильные катализаторы и свинцово-кислотные батареи», — отмечается в статье.

В частности, в Японии, США и большинстве стран Европы почти 100% свинцово-кислотных батарей собирается для переработки, в процессе которой восстанавливается более 98% общей массы аккумуляторов. Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют простую конструкцию с полипропиленовым корпусом, электролитом и двумя электродами, изготовленными из свинца и оксида свинца. Разделить компоненты по плотности относительно просто, учитывая, что свинец и полипропилен имеют значения 11,3 и 0,9 г / см-3.

Сходные значения плотности катодов и токоприемников в литий-ионных батареях делают подобный подход невозможным. Поэтому для литий-ионных устройств требуются другие методы — окислительно-восстановительные реакции, растворение или использование электростатических и магнитных свойств для разделения материалов, из которых состоят элементы.

Отсутствие маркировки — еще одно серьезное препятствие на пути к эффективному режиму переработки. В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, литиевые устройства обладают разнообразным химическим составом и архитектурой, например, аккумуляторы NCA, NMC, LMO, LCO и LFP. Ячейки также могут иметь разную форму (призма, цилиндр и т.д.).

Авторы отмечают, что не существует глобальных стандартов для маркировки аккумуляторов, по которой переработчики могли бы четко определить состав устройства. В результате гидрометаллургия, которая включает измельчение и кислотную обработку; и пирометаллургия, включающая энергозатратную плавку — стали самыми распространенными методами переработки литий-ионных аккумуляторов.

По словам авторов исследования, любая предварительная обработка использованных аккумуляторов может выполняться роботами, но только в том случае, если тип и архитектура батареи четко обозначены. Исследователи заявили, что глобальная ассоциация автомобильных инженеров SAE International недавно рекомендовала определенную схему маркировки, Китай также рассматривает стандарты маркировки литиевых устройств.

Различия в компоновке элементов и модулей в аккумуляторных блоках — иногда в модельном ряду одного производителя электромобилей — представляют собой еще одно препятствие для переработчиков. Литий-ионные устройства компонуются таким образом, чтобы обеспечить максимальную безопасность и долговечность элементов в ущерб удобству вторичной переработки.

Чем больше количество элементов в аккумуляторном блоке, тем меньше доля ценных материалов в его массе. Увеличение количества элементов также усложняет переработку и увеличивает затраты. Электромобиль Tesla Model S с аккумулятором на 85 кВт*ч содержит 16 модулей, каждый из которых содержит 444 элемента — 7104 цилиндрических ячеек в каждом автомобиле. BMW i3 имеет 96 призматических ячеек, а Nissan Leaf 192 ячеек-пакетов.

«Если демонтаж трудозатратный и дорогостоящий, единственным методом вторичной переработки становится пирометаллургия, которая является дорогостоящей и неэффективной», — пишут авторы статьи. «Таким образом, переработка находится в ситуации «уловки-22», когда конструкция ячейки и блока контролирует стратегию переработки».

Ручная разборка блоков и модулей является предпочтительным вариантом для извлечения чистых материалов, но занимает больше времени, чем измельчение. Задержки усугубляются бесчисленным множеством комбинаций конструкции элементов и блоков, которые делают автоматическую разборку практически невозможной.

Авторы формулируют ряд рекомендаций по конструкции ячеек и аккумуляторных блоков. «Конструкция, ориентированная на переработку, часто предполагает незначительные изменения в структуре продукта, но может помочь в создании экономики замкнутого цикла».

Исследователи отмечают, что разделение материалов электродов без измельчения может снизить затраты на переработку и получать намного более дешевые материалы, чем первичные. Для этого предлагается два улучшения. Первое — это безмодульные блоки с ячейками, которые легко отделять и открывать. Автоматизация этого процесса, особенно с использованием робототехники, представляет значительный интерес. Вторая область — это использование адгезивов и связующих, которые важны как при макроскопической разборке (упрощение разделения и вскрытия ячеек), так и при микроскопическом расслоении электродов (отделение активного материала от токосъемников). Разработка обратимых клеев для конструкции электродов или потенциально даже бесклеевых электродов упростит отслаивание и восстановление активного материала. Улучшенная маркировка упаковки также позволит разделять батареи разного химического состава перед обработкой и снизить риск перекрестного загрязнения.

Ученые считают, что расширенная ответственность производителя и обязательства принимать отработанные продукты побудят промышленность активнее внедрять подобные практики.

Уважаемые читатели!

Ваша поддержка очень важна для существования и развития RenEn, ведущего русскоязычного Интернет-сайта в области возобновляемых источников энергии.

Карта Сбербанка : 4276 3801 2452 1241

Источник

В НИТУ «МИСиС» предложили новый способ утилизации литиевых батарей

Исследователи из НИТУ «МИСиС» разработали технологию переработки литиевых батарей для электротранспорта. Они отмечают, что эта технология позволит удешевить процесс переработки и сделать его более безопасным.

Батареи предложили вскрывать при помощи криогенно-вакуумной установки, которую разработали в НИТУ. Отмечается, что разработка уже запатентована.

Технология вскрытия представляет собой многоступенчатую цепочку с извлечением элементов аккумулятора, выщелачиванием нержавеющей стали, никеля и титана, а также рядом отдельных химических операций по выделению лития из раствора.

Исследователи заявили, что технология позволит безопасно извлекать литий и диоксид марганца из аккумуляторных батарей, в том числе из особо взрывоопасных электрохимических систем, к числу которых относятся литий-тионилхлоридные, литий — фторуглеродные, а в перспективе и литий-азотнокислые химические источники тока.

Технология на выходе позволяет получить отработанный электролит, который идет на утилизацию, а также ценные металлы: сталь, никель, титан и литий.

В МИСиС заявили, что технологию можно встроить в существующие технологические цепочки на предприятиях, а переоборудование не потребует больших затрат. При этом такая переработка позволит снизить себестоимость батарей примерно на 30-40%.

По оценкам исследователей, такую переработку можно внедрить на предприятиях Московского региона уже в 2021-2022 годах в рамках программы развития электротранспорта в Москве. В настоящее время в Москве работают более 600 электробусов, а также зарегистрировано более 10% электромобилей России.

Согласно расчетам Bloomberg NEF, мировой запас батарей электромобилей будет превышать 3,4 миллиона единиц уже к 2025 году.

Источник

Известно несколько методов утилизации литий-ионных аккумуляторов:

Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

Основным недостатком физического метода является низкая производительность, необходимость предварительной сортировки батарей по химическому составу и заряду.

При использовании гидрохимического метода удается получить вторичный литий. При этом осуществляется механическое измельчение батарей и реализуются химические процессы извлечения материалов – чёрных и цветных металлов (сталь, медь, алюминий), оксидов металлов активного элемента (Mn₂O₃, NiMnCoAlO₂, FePO₄), карбоната лития.

При использовании пирометаллургического метода пластмасса, раствор электролита, и графитный электрод сгорают в печи (для поддержания температуры плавления). Конечные вторичные продукты – металлы активного соединения анода (Mn, Ni, Co, Fe), Al и Li находятся в составе шлака, который в дальнейшем используют в качестве добавки в бетон. Выделить литий в чистом виде при такой технологии не представляется возможным.

Для всех указанных выше методов утилизации первоначально утилизируемые аккумуляторные батареи должны быть обесточены и демонтированы. Здесь возникает главная проблема всех существующих методов утилизации – пожаровзрывобезопасность лития, что требует создания особых условий демонтажа. Кроме того, все перечисленные методы утилизации отличаются высокой энергоемкостью и значительными потерями исходных материалов.

Наиболее эффективным является гидрохимический метод утилизации отработанных литий-ионных батарей, для повышения пожаровзрывобезопасности которого на этапе разрядки и демонтажа следует использовать криогенную заморозку утилизируемых батарей.

Источник

Сдача и переработка литиевых элементов питания

Выбрасывание отработанных литий-ионных батарей в мусор чревато загрязнением природы. Лучше сдать их на утилизацию, получив при этом определенную выгоду. Есть специальные компании, которые занимаются приемом и переработкой литиевых аккумуляторов. Предварительно можно ознакомиться с расценками на последние, посетив сайты таких организаций или связавшись с менеджером по телефону.

Почему нельзя выбрасывать в мусор

Источники питания на основе лития используются в современных планшетах, смартфонах и других портативных гаджетах. Обращение с ними требует серьезного подхода. Благодаря специальным технологиям можно полностью обезвредить литиевые устройства. Выбрасывание их наравне с прочими отходами недопустимо. Это наносит вред растительному миру, животным и экологии в целом.

Некоторые АКБ оснащаются предохранительными клапанами. Благодаря им изнутри выводятся концентрированные газы. Это обеспечивает защиту от возгорания.

В любом случае необходимо утилизировать батареи, обратившись в пункты по сбору.

Переработка аккумуляторов в России

Предприятия, имеющие лицензию на данный вид деятельности, используют в работе специальное оборудование, предотвращающее контакт с вредными веществами. Рециклинг ионных батарей включает такие этапы, как:

• Разборка корпуса. Она проводится в сухом помещении.
• Слив электролита. Запрещено осуществлять его в канализационную систему и грунт. В дальнейшем это сырье применяется для получения удобрений, серной кислоты.
• Разделение и очищение электродов.
• Переплавка корпуса устройства.

Компоненты, содержащиеся в батарее, образуют массу из соединений лития, марганца, кобальта, никеля. Самый сложный для извлечения — кобальт. Специальное оборудование позволяет доставать эти вещества. Затем они поставляются производителям батарей для повторного использования.

Этапы утилизации Li-Ion аккумуляторов

Правильная переработка дает возможность по-новому использовать бывшие в употреблении компоненты.

Утилизация литиевых аккумуляторов состоит из следующих этапов:

• сдача отслужившего элемента в место приема;
• разделение внутренних деталей;
• выливание соляной жидкости;
• отделение катодных и анодных пластин;
• переплавка.

Это позволяет превратить бывший в употреблении источник питания в сырье для предприятий.

Можно ли заработать на этом?

Отработанные аккумуляторы не стоит выбрасывать. Лучше сдавать их скупщикам, получая за это деньги. При этом зарабатывают также и приемщики. Купив за копейки источники тока, они перепродают их оптовой организации или заводу по переработке.

Затем внутренние пластины очищаются, переплавляются. Из них отливают идентичные решетки для производства батарей. В целях экономии из них собирают новые аккумуляторы.

Во многих городах сейчас открываются пункты скупки. Это выгодный бизнес и одновременно мера по сохранению окружающей среды.

Пункты приема

Утилизация литий-ионных аккумуляторов волнует многих. Для решения этого вопроса необходимо обратиться в частные компании. Сдать без хлопот отработанные изделия можно и в пункты скупки. Узнать их адреса не сложно, достаточно воспользоваться поисковым сервисом в интернете.

Пункты металлолома также занимаются скупкой. Там возможен прием элементов в килограммах. Для получения детальной информации о сборных пунктах нужно зайти на сайт органов местного управления, выбрать соответствующую вкладку с информацией о вторсырье. Отображенные варианты помогут ознакомиться с ценами и контактами. Останется только подобрать оптимальный вариант.

Мобильные службы вывоза

Есть компании, принимающие различные отслужившие аккумуляторные приборы. В распоряжении таких фирм имеется специальная техника, погрузчики. Это в разы упрощает процедуру транспортировки сдаваемых элементов. Также в их арсенале есть кислотостойкие контейнеры. Благодаря им можно перевозить и держать изделия в безопасных условиях.

Прием и скупка АКБ в Москве осуществляется по выгодной цене. Официальное сотрудничество с предприятиями, оперативность и удобство — главные преимущества таких служб. Крупные супермаркеты подключаются к этому движению, размещая на своей территории вместительную тару для старого электролита.

Акции в магазинах

Некоторые торговые точки предлагают своим покупателям выгодное предложение в отношении литиевых аккумуляторов. В случае истечения срока эксплуатации их можно обменять на новые или получить скидку.

Размер последней устанавливается магазином отдельно в каждом случае. Таким образом, участие в акции — хорошая возможность сберечь природу и получить выгоду.

Необходимые действия перед утилизацией

Нужно предотвратить возгорание, которое может произойти даже при повреждении корпуса. Поэтому перед утилизацией литиевых батарей следует по максимуму разрядить их, лучше до нуля. После этого можно сдавать их на переработку.

Простая разрядка батареи

Есть легкий способ подготовить отслуживший элемент к сдаче. Стоит воспользоваться функцией зарядника, если она имеется. Следует выполнять процесс наиболее безопасным образом. Так, если устройство имеет емкость 2 000 мА·ч, его нужно разряжать силой тока в 0,2 А.

Большинство батарей оснащено защитой, не дающей упасть напряжению ниже 3 В. Это обеспечивает безопасную работу устройства. В такой ситуации придется воспользоваться другими способами разряда.

С помощью лампочки

Следует избегать применения для этой цели светодиодных изделий. Для них характерно следующее: если ток снижается ниже допустимой отметки, разряд останавливается. То есть в аккумуляторе будет оставаться какая-то его часть. Кроме того, светодиодные лампы относятся к энергосберегающим. Из-за этого для процедуры разряда потребуется много времени.

При желании можно самостоятельно собрать резистивную нагрузку. Это будет заменой лампы. Годится керамический резистор в 2 Вт. Он идеально подходит для 2-3 S.

Разрядка соленой водой

Этот способ менее эффективен, чем предыдущий. Кроме того, его реализация занимает много времени.

Источник