Литиево-йонни батерии – как се рециклират и защо?

С много си предимства – висока енергийна плътност, ниско тегло и сравнително дълъг живот, литиево-йонните батерии намират широко приложение както в  мобилните телекомуникационни устройства, така и за производството на батериите за електрически превозни средства, а и на нови батерии. 

Батериите обаче съдържат суровини, които са не само ценни, но могат да бъдат и потенциално вредни за околната среда.

Ето защо правилното изхвърляне и рециклирането на техните компоненти са особено важни за влиянието им върху околната среда.

За да разберете как трябва да се рециклират батериите и за какво да внимавате, вижте нашето ръководство.

Процеси на рециклиране на литиево-йонни батерии

Литиево-йонните батерии никога не трябва да се изхвърлят заедно с битовите отпадъци, а да се рециклират. 

Причините за това са няколко, но най-голямата сред тях е безопасността.

Казано иначе, литият, част от състава на батериите, е много реактивен, особено в досег с  вода или ако температурата на околната среда е твърде висока. 

Следователно, съществува риск от пожар, ако повредена батерия влезе в контакт с вода или бъде изложена на висока температура.

В този случай проводимите елементи на батериите, съдържащи флуор и фосфор, могат да отделят газообразни токсични вещества. А те пък от своя страна представляват опасност за хората, животните и околната среда. 

Ето защо трябва да се вземат предвид препоръките за съхранение на батерии.

За да се рециклират тези батерии, правилното изхвърляне е от съществено значение. 

Има обаче и други причини за отговорно боравене със старите батерии.

Използваните или изтощени литиево-йонни батерии могат да бъдат опасни, ако не се съхраняват правилно. 

Съгласно Европейската директива, производителите на батерии за бита и икономиката имат задължението да ги събират за своя сметка, както и да осигурят безопасно рециклиране на батерии. 

Процесът на рециклиране на батерии  е  истинско техническо предизвикателство и това се дължи на множество причини.

Батериите съдържат множество материали. Структурата на батериите и акумулаторите се различава значително в зависимост от производителя, устройството и модела. 

В резултат на това рядко са възможни еднакви и автоматизирани процеси за рециклиране на различните видове батерии и разглобяването на тези устройства обикновено се извършва на ръка. 

Всяка клетка в една такава батерия се състои от четири елемента, за направата на които могат да се използват много и различни материали.

Повечето благородни метали като лития се намират в електродите на литиево-йонните клетки. Със сигурност е възможно тези суровини да бъдат възстановени, но това е доста трудно, тъй като те са под формата на химически съединения, съставляващи малки части в много ограничено пространство. 

Следователно операциите по възстановяване на някои компоненти са особено досадни и скъпи за рециклирането на батерии. То обаче е от съществено значение за опазването на околната среда и опазването на ресурсите.

Ситуацията е различна, когато става въпрос за други съставни части като стоманени или пластмасови корпуси, както и медни проводници. Те могат лесно да бъдат рециклирани.

Основни стъпки в процеса на рециклиране на литиево-йонните батерии

По принцип производителите са длъжни да приемат обратно използвани и дефектни батерии и акумулатори. Освен това има пунктове за събиране, например в центрове за рециклиране, където можете да ги изхвърлите.

За изхвърляне на малки литиево-йонни батерии с тегло под 500 грама, трябва да занулите двата полюса, за да предотвратите причиняването на късо съединение. 

Опаковайте батерията в найлонов плик, за да я върнете на производителя, търговеца или центъра за събиране и транспортиране на опасни отпадъци.

След това процесът включва следните стъпки:

• Стабилизиране: пакетът първо се разрежда през резистор или физиологичен разтвор. Последната техника не се използва за високоволтови модули поради неконтролираната електролиза на солевия разтвор.

• Предварителна обработка: батерията се разглобява, за да се изолират различните модули. Тогава те могат да бъдат демонтирани, за да се възстановят положителните електроди и да се извлече активният материал чрез разтваряне на свързващото вещество. 

• Физическо разделяне: След смилането може да се извърши физическо отделяне на различните материали на батерията според техните свойства (размер на частиците, плътност, феромагнетизъм и хидрофобност).

Методи за разглобяване и извличане на ценни метали от батериите

Металите се разтварят чрез излужване, главно киселинно при висока температура (80°C), след което се изолират чрез екстракция, чрез утаяване или чрез електроотлагане. 

Селективното разтваряне на метали от микроорганизми е иновативен метод, който в момента се разучава. Металните соли могат да бъдат използвани повторно за синтеза на нови активни материали (рециклиране в затворен цикъл).

Целите батерийни модули могат да бъдат въведени директно в пещ, включваща няколко последователни зони.

Като:

• Зони за предварително нагряване (< 300°C), за да се изпарят разтворителите; 
• Зона за пиролиза (700°C), за да се изгорят пластмаси (екзотермично) и електролити (40-50% от теглото на батерията); 
• Зона на топене, позволяваща редуцирането на метални оксиди в сплав и образуването на шлака, както и газ. Тази стъпка е много енергоемка, изискваща температури до 1475°C за 30 минути.

Чрез тези методи може да се възстанови до 70% от катодната стойност за LCO.  

При NMC материала обаче стойността на чистите метали е десет пъти по-ниска от тази на оксидите. 

Следователно за тези материали се предвижда директното рециклиране, което се състои в минимизиране на етапите на обработка и последващите усилия за синтез на активните материали. 

Електролитът може да бъде извлечен от клетките с помощта на под или суперкритичен CO2, а отрицателните и положителните електродни материали – чрез термична обработка (синтероване). 

Получените прахове могат да бъдат регенерирани в изцяло твърд или в хидротермален синтез. 

Рециклирането досега беше енергоемка и замърсяваща практика, позволяваща възстановяването само на част от съдържанието на батерията (отворен цикъл). 

Ескалацията на пазара на електрически превозни средства и за производството на тези коли на бъдещето обаче са нужни все повече суровини, което извежда рециклирането на старите батерии на ново технологично ниво.

Защо рециклирането на литиево-йонните батерии е важно?

Електрическата енергия, осигурена от литиевите батерии, отбеляза безпрецедентен ръст на производството на нови батерии.

Поради това нарастващо търсене на батерии сме свидетели на все по-интензивна експлоатация на находищата на тези суровини, които се приближават до границите на извличане, което води до значително увеличаване на въздействието на добива върху околната среда и опазването й.

Ето защо възстановяването на литиевите батерии е от все по-голям интерес в Европа и света, особено ако вземем предвид количеството батерии, които ще бъдат произведени и изхвърлени през следващите години. 

Следователно рециклирането на литиево-йонни батерии  представлява стратегически ресурс, който позволява да се ограничи добива на природни суровини при доставката на материали.

Разработването на нови поколения системи за рециклиране до голяма степен взема предвид тези фактори, като намалява процента на кобалт при производство на батерията. 

От друга страна, възстановяването на природните ресурси може да отнеме много време. Затова тези материали трябва да бъдат редуцирани и да се достигне до процес на използване на алтернативи.

И накрая, разходите за производството на тези батерии са все още много високи, разходът на енергия също. 

Следователно следващата мисия за индустрията е да увеличи дела на слънчевата и вятърната енергия в цялата производствена и рециклираща верига на тези батерии. 

Заключение

Литиево-йонните батерии се използват все по-широко в бита и индустрията. Тяхното значение  става още по-важно с навлизането на електрическите автомобили на мястото на конвенционалните превозни средства на бензин  и дизел. 

Износването им обаче поражда нуждата да бъдат рециклирани, а  съдържащите се в тях ценни метали да бъдат повторно използвани.

Тези скъпи  суровини обаче могат да бъдат и потенциално вредни за околната среда. Ето защо правилното изхвърляне и рециклирането на  компонентите на литиево-йонните батерии са особено важни за здравето на хората и опазването на околната среда. 

Снимки: Pixabay