Группа исследователей из Университета Райса представила быстрый бескислотный метод извлечения лития и переходных металлов из отработанных литий-ионных аккумуляторов.

Двухступенчатый процесс хлорирования и окисления с мгновенным джоулевым нагревом, известный как FJH ClO, резко сокращает потребление энергии и исключает использование агрессивных химикатов.

Это исследование проводилось на фоне растущего мирового спроса на аккумуляторы для электромобилей и потребительской электроники.

Исследователи представляют этот метод как поворотный момент в деле восстановления критически важных материалов для аккумуляторов без сброса сточных вод и химических нагрузок, характерных для современных систем переработки.

Традиционная переработка часто предполагает использование сильных кислот, длительное время реакции и значительное потребление энергии.

Существующие методы предполагают образование большого количества отходов в процессе очистки. Команда из Университета Райса искала более экологичную альтернативу.

Они разработали двухэтапный процесс, использующий быстрые выбросы тепла и контролируемые реакции. На первом этапе отработанные аккумуляторы подвергаются воздействию газообразного хлора.

Хлор расщепляет смесь лития, кобальта, графита и других материалов.

На втором этапе материал нагревается на воздухе. При этом большинство металлов образуют оксиды, что позволяет отделить их от лития.

Литий остается в виде хлорида, который растворяется в воде и легко извлекается.

«Мы разработали процесс FJH ClO, чтобы оспорить представление о том, что переработка аккумуляторов должна основываться на кислотном выщелачивании», — сказал Джеймс Тур, возглавлявший исследование.

«FJH ClO — это быстрый и точный способ извлечения ценных материалов без их повреждения и нанесения вреда окружающей среде». Первые сравнения показывают явный прирост.

Испытания показывают, что этот процесс позволяет извлекать практически весь литий, кобальт и графит с высокой чистотой. Предварительные анализы показывают, что он потребляет примерно вдвое меньше энергии и на 95% меньше химикатов, чем существующие промышленные методы.

Команда подчеркивает возможность извлечения всех ключевых материалов одним оптимизированным способом. Ранее применявшиеся методы часто позволяли извлекать лишь несколько элементов или требовали многократной химической обработки.

Методика FJH ClO делает последовательность короткой, а химию простой.

Исследователи утверждают, что метод имеет большой экономический потенциал.

Снижение энергетических нагрузок, сокращение расхода химикатов и ускорение производственного цикла могут сократить расходы в коммерческих масштабах.

Этот подход также помогает снизить потребность в добыче полезных ископаемых, которая сама по себе оказывает негативное воздействие на окружающую среду.

«Отрадно видеть, что этот процесс одновременно научно обоснован и практически полезен», — сказал Шичен Сюй, первый автор исследования. «Именно этот баланс делает возможным реальное воздействие».

Ученые планируют масштабировать технологию через Flash Metals USA, подразделение Metallium Ltd. Группа сосредоточится на адаптации конструкции реактора и технологического процесса для больших объемов.

Тур заявил, что эта работа выходит за рамки лабораторных испытаний. «Это больше, чем просто лабораторный эксперимент», — сказал он. «Это план того, как отрасль может удовлетворить спрос на аккумуляторные материалы, не создавая дополнительной нагрузки на планету».

Проект объединил исследователей из программ Университета Райса в области химии, материаловедения, наноинженерии и прикладной физики.

Работу поддержали такие агентства, как DARPA, Управление научных исследований ВВС и Инженерный корпус армии США.

Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.