Исследователи разрабатывают инновационный метод переработки аккумуляторов

Исследовательская группа в Университете Райса под руководством Джеймса Тура , профессора химии и профессора материаловедения и наноинженерии, занимается решением экологической проблемы эффективной переработки литий-ионных аккумуляторов в условиях растущего их использования.

Команда разработала новый метод извлечения очищенных активных материалов из отходов аккумуляторов, о чем подробно рассказали в журнале Nature Communications 24 июля. Их открытия могут способствовать эффективному разделению и переработке ценных материалов аккумуляторов по минимальной цене, способствуя более экологичному производству электромобилей (ЭМ).

«Учитывая резкий рост использования аккумуляторов, особенно в электромобилях, необходимость разработки устойчивых методов переработки становится все более острой», — сказал Тур.

Традиционные методы переработки обычно предполагают разложение материалов аккумуляторов на элементарные формы с помощью энергоемких термических или химических процессов, которые являются дорогостоящими и оказывают значительное воздействие на окружающую среду.

Группа ученых предположила, что магнитные свойства могут облегчить разделение и очистку материалов отработанных аккумуляторов.

Их нововведение использует метод, известный как безрастворный флэш-джоулев нагрев (FJH). Эта технология, разработанная Туром, заключается в пропускании тока через умеренно резистивный материал для его быстрого нагрева и преобразования в другие вещества.

Используя FJH, исследователи нагрели отходы аккумуляторов до 2500 Кельвинов за считанные секунды, создав уникальные особенности с магнитными оболочками и стабильными структурами сердечников. Магнитное разделение позволило провести эффективную очистку.

В ходе этого процесса катоды аккумуляторных батарей на основе кобальта, которые обычно используются в электромобилях и связаны с высокими финансовыми, экологическими и социальными издержками, неожиданно продемонстрировали магнетизм во внешних слоях оксида кобальта из шпинели, что позволило легко отделить их.

Подход исследователей привел к высокому выходу металла из аккумулятора — 98% — при сохранении ценности структуры аккумулятора.

«Примечательно, что после разделения примеси металлов значительно сократились, сохранив структуру и функциональность материалов», — сказал Тур. «Объемная структура материалов аккумуляторов остается стабильной и готова к восстановлению в новые катоды».

Соавторами исследования являются аспиранты Райсского университета Вэйинь Чен и Цзиньхан Чен, а также научный сотрудник и младший научный сотрудник Райсской академии И Чен.

Соавторами являются научный администратор по материаловедению и наноинженерии Ксения Бец; бывший научный сотрудник, а ныне приглашенный академик в лаборатории Tour Родриго Сальватьерра; ​​научный сотрудник, получивший докторскую степень Бин Дэн; аспиранты по прикладной физике Чан Гэ , Дуй Луонг и Эмили Макхью; выпускники Райс-колледжа Джон Ли и Цзычэн Ван; научный сотрудник по химии Картер Китрелл; научный сотрудник по материаловедению и наноинженерии Гуаньхуэй Гао; доцент кафедры материаловедения и наноинженерии Имо Хан; а также профессор инженерии им. Карла Ф. Хассельмана и профессор материаловедения и наноинженерии Борис Якобсон.

Исследование было поддержано Управлением научных исследований ВВС, Инженерным корпусом армии США и Программой стипендий Академии Райса.

Источник: https://news.rice.edu/news/2024/rice-researchers-develop-innovative-battery-recycling-method