Современные литий-ионные аккумуляторы, используемые в БПЛА, электронике, транспорте и энергетике, становятся всё большей проблемой в виде отходов. Однако они содержат ценные компоненты, такие как графит, литий, медь и алюминий. Учёные предложили новую технологию комплексной переработки, которая позволяет эффективно извлекать эти материалы с минимальным ущербом для экологии.
Ключевые этапы технологии:
-
Разборка и сортировка Перед началом переработки аккумуляторы разряжаются в солёной воде. Затем аноды и катоды отделяются вручную или машинным способом. Для стабильной работы системы важна предварительная сортировка аккумуляторов по типам и составу.
-
Термическая обработка Анодный материал нагревается при 400 градусов Цельсия в атмосфере аргона. Это позволяет отделить графит от медной фольги без её разрушения. Далее остатки прокаливаются при 500 градусов в воздухе для окисления остатков металлической меди до оксида меди. Все вредные газы, образующиеся в процессе (в том числе фтороводород и органика), эффективно улавливаются с помощью щелочного раствора и фильтров с активированным углём.
-
Кислотное выщелачивание Полученный графит обрабатывается раствором соляной кислоты. В раствор переходят литий, медь и алюминий. Графит остаётся в твёрдом остатке и легко отделяется.
-
Очистка раствора Из раствора удаляют медь и алюминий, регулируя pH раствора:
-
При pH 7 выпадает гидроксид алюминия
-
При pH 9 выпадает гидроксид меди При этом потери лития не превышают 15 процентов.
-
Осаждение карбоната лития Очищенный раствор обрабатывается раствором карбоната натрия. В результате получается карбонат лития высокой чистоты — более 99 процентов.
-
Свойства восстановленного графита Полученный графит демонстрирует отличные характеристики:
-
Удельная ёмкость до 591 миллиампер-часов на грамм
- После 100 циклов сохраняется до 97.9 процентов ёмкости
- Колумбовская эффективность приближается к 100 процентам Графит полностью пригоден для повторного использования в новых аккумуляторах.
Экономическая эффективность:
Для переработки одной тонны отработанного графита требуется:
- 1.64 тонны соляной кислоты
- 0.6 тонны гидроксида натрия
- 10 000 киловатт-часов электроэнергии Итоговая стоимость составляет около 13 364 юаней. При этом рыночная цена одной тонны анодного графита — около 15 000 юаней. Дополнительную прибыль даёт извлечение меди и лития.
Преимущества технологии:
- Полное извлечение всех ценных компонентов
- Высокая степень очистки графита и лития
- Безопасность для окружающей среды
- Возможность многократного использования воды
- Подходит для масштабирования и внедрения в промышленность
Вывод:
Эта технология объединяет экологичность, высокую эффективность и промышленную применимость. Она может стать основой замкнутого цикла переработки аккумуляторов, снижая зависимость от добычи первичных ресурсов и уменьшая нагрузку на окружающую среду.