Powstał znaczny krok w kierunku zrównoważonej technologii wraz z opracowaniem procesu recyklingu elektrolitów z zużytych akumulatorów litowo-jonowych przy użyciu sub- i nadkrytycznego dwutlenku węgla. Ta innowacyjna metoda wykorzystuje unikalne właściwości dwutlenku węgla w stanie nadkrytycznym – fazie, w której wykazuje charakterystykę zarówno cieczy, jak i gazu – w celu wydajnego wydobywania tych komponentów bez generowania niebezpiecznych produktów ubocznych. Ten przełom może prowadzić do bezpieczniejszych, bardziej wydajnych procesów recyklingu, które pomagają zachować naszą planetę podczas odzyskiwania niezbędnych materiałów do wykorzystania w przyszłości.
Nils Zachmann nadzorowany przez dr Burçak Ebin i dr Martinę Petranikovę z Chalmers University of Technology wraz z dr Robertem Foxem z Idaho National Laboratory, przeprowadzili to przełomowe badanie. Praca, opublikowana w czasopiśmie wykorzystania CO2, bada wydajność i bezpieczeństwo ekstrakcji elektrolitów za pomocą dwutlenku węgla w różnych warunkach ciśnienia i temperatury.
Elektrolit w akumulatorach litowo-jonowych, niezbędny do wydajności komórek, często zawiera łatwopalne i niebezpieczne składniki, takie jak węglan dimetylowy, węglan etylo-metylowy i litowofluorofosforan (LIPF (LIPF6). Konwencjonalne metody recyklingu obejmują zabiegi o wysokiej temperaturze, które niszczą elektrolit i uwalniają toksyczne gazy, takie jak fluor wodór (HF). Dr Ebin i Zachmann starali się rozwiązać te problemy poprzez selektywne wyodrębnienie cennych elementów elektrolitów bez generowania szkodliwych emisji.
Badanie wykazało, że gęstość dwutlenku węgla, pod wpływem ciśnienia i temperatury, ma kluczowe znaczenie dla wydajnego odzyskania niepolarnych rozpuszczalników elektrolitów, takich jak węglan dimetylowy (DMC) i węglan etyltylowo-metylowy (EMC). Co ciekawe, rozpuszczalniki te można było w pełni wyodrębnić, a składnik polarny, węglan etylenowy (EC), był tylko minimalnie ekstrahowany. Ta selektywność zmniejsza złożoność i potencjalne zagrożenia związane z procesem recyklingu.
Zachmann wyjaśnił znaczenie ich ustaleń: „Najważniejszym wynikiem jest to, że węglan dimetylowy i węglan metylu etylu zostały w pełni selektywnie wyodrębnione w badanych warunkach, podczas gdy węglan polarny etylenowy ekstrahowano tylko w ilościach śladowych”. Wskazuje to na znaczący postęp w procesie recyklingu, zapewniając, że cenne materiały są wydajnie i bezpiecznie odzyskiwane.
Proces testowano w różnych warunkach, z zakresem ciśnienia i temperatur. Optymalna ekstrakcja wystąpiła przy umiarkowanie wysokim ciśnieniu i chłodnej temperaturze, osiągając znaczną wydajność ekstrakcji elektrolitu. W szczególności badanie potwierdziło, że proces nie doprowadził do rozkładu LIPF6zapobiegając w ten sposób uwalnianiu toksycznych gazów.
Ponadto zespół badawczy zastosował zaawansowane techniki analityczne, takie jak spektrometria chromatografii gazowej (GC-MS) i spektroskopia w podczerwieni Fouriera-transformującej (FTIR) w celu zweryfikowania składu wyodrębnionych elektrolitów i gazów spalin. Analizy te potwierdziły brak szkodliwych emisji, podkreślając korzyści środowiskowe tej metody.
Dr Ebin podkreślił implikacje środowiskowe i ekonomiczne: „Bezpieczne usunięcie elektrolitu jest niezbędne z punktu widzenia środowiskowego, ponieważ zmniejsza emisję gazów cieplarnianych generowanych przez spalanie elektrolitu, a także zagrożenia związane z odpadami Lib, jednocześnie zwiększając bezpieczeństwo procesu recyklingu”.
Badanie podkreśliło również potencjał integracji tego procesu z istniejącymi technikami hydrometallurgicznymi w celu odzyskiwania cennych metali z akumulatorów litowo-jonowych. Usuwając najpierw komponenty organiczne, naukowcy sugerują, że kolejne procesy odzyskiwania metalu mogą być bardziej wydajne i przyjazne dla środowiska.
Podsumowując, wdrożenie przez NILS Zachmann i jego kolegów przez sub- i nadkrytyczny dwutlenek węgla do recyklingu elektrolitów z zużytych akumulatorów litowo-jonowych stanowi obiecujący postęp w zrównoważonej technologii. Ta metoda nie tylko zwiększa odzyskiwanie cennych materiałów, ale także znacznie zmniejsza możliwe zagrożenia środowiskowe związane z tradycyjnymi procesami recyklingu. W miarę wzrostu zapotrzebowania na akumulatory litowo-jonowe, takie innowacyjne podejścia będą miały kluczowe znaczenie w zarządzaniu cyklem życia tych niezbędnych urządzeń do magazynowania energii.
Uwaga autora: Prace te były wspierane finansowo w programie szwedzkiej agencji energetycznej (nr projektu: P2019-90078), Formas-Szwedzka Rada Badań na temat Zrównoważonego Rozwoju (nr projektu: 2021-01699) i Horizon Europe (Projekt 101069685-Rhinoceros). Wyrażone poglądy i opinie są jednak jedynie poglądami autora i niekoniecznie odzwierciedlają poglądy Unii Europejskiej lub Europejskiej Agencji Klimatu, Infrastruktury i Środowiska (CINEA). Ani Unia Europejska, ani organ udzielający nie mogą być za nie odpowiedzialne.
Referencje dziennika
Nils Zachmann, Robert V. Fox, Martina Petranikova i Burçak Ebin. „Wdrożenie procesu subskrytycznego dwutlenku węgla w celu selektywnego recyklingu elektrolitu z zużytej akumulatora litowo-jonowego”. Journal of CO2 Wykorzystanie 81 (2024): 102703. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcou.2024.102703
