Элементы с переработанными катодом и анодом показали вдвое больший ресурс в испытаниях

Команда под руководством профессора Яна Вана из Вустерского политехнического института (WPI) разработала способ переработки смешанных отходов батарей в материалы для катода и анода. В испытаниях собранные из них пакетные элементы показали больший ресурс, чем элементы с коммерческими электродными материалами. Результаты опубликованы в журнале Advanced Energy Materials.

Из смешанных отходов — в материалы для двух электродов

Рост использования литий-ионных батарей увеличивает спрос на критически важное сырье и объем отработанных аккумуляторов. При этом многие методы переработки ориентированы на извлечение катодных материалов, а получение ценных продуктов из смешанных отходов остается сложной задачей.

Исследователи работали с обоими электродными материалами. Смешанные катодные материалы с низким содержанием никеля они преобразовали в катодный материал NMC622, а извлеченный графит очистили и модифицировали для использования в аноде.

Испытания показали, что у полученного катодного материала улучшились перенос ионов лития и стабильность при циклировании. У графитового анода улучшилась кинетика процессов на границе раздела фаз и увеличилась долговечность.

70% емкости после 2590 циклов

Затем команда собрала пакетные элементы, в которых и катодный, и анодный материалы были получены из отходов батарей. В них наблюдалось меньше побочных реакций, а ресурс оказался примерно вдвое выше, чем у элементов с коммерческими материалами. После 2590 циклов они сохраняли 70% исходной емкости.

Расчетные показатели переработки

Команда также оценила потенциальные экономические и экологические результаты процесса. Согласно расчетам, он позволяет использовать более 95% отходов. По сравнению с эталонным методом переработки прибыльность может вырасти на 22,9%, а выбросы парниковых газов и потребление энергии — снизиться на 27% и 29,4% соответственно.

Работа показывает возможность получать из смешанных отходов батарей не только вторичное сырье, но и материалы для обоих электродов. В проведенных испытаниях такие материалы обеспечили элементам больший ресурс, чем коммерческие аналоги.

Фото: Вустерский политехнический институт