Група дослідників з Університету Райса представила швидкий безкислотний метод вилучення літію і перехідних металів з відпрацьованих літій-іонних акумуляторів.

Двоступеневий процес хлорування та окислення з миттєвим джоулевим нагріванням, відомий як FJH ClO, різко скорочує споживання енергії та виключає використання агресивних хімікатів.

Це дослідження проводилося на тлі зростаючого світового попиту на акумулятори для електромобілів і споживчої електроніки.

Дослідники представляють цей метод як поворотний момент у справі відновлення критично важливих матеріалів для акумуляторів без скидання стічних вод і хімічних навантажень, характерних для сучасних систем переробки.

Традиційна переробка часто передбачає використання сильних кислот, тривалий час реакції та значне споживання енергії.

Наявні методи передбачають утворення великої кількості відходів у процесі очищення. Команда з Університету Райса шукала більш екологічну альтернативу.

Вони розробили двоетапний процес, що використовує швидкі викиди тепла і контрольовані реакції. На першому етапі відпрацьовані акумулятори піддаються впливу газоподібного хлору.

Хлор розщеплює суміш літію, кобальту, графіту та інших матеріалів.

На другому етапі матеріал нагрівається на повітрі. При цьому більшість металів утворюють оксиди, що дає змогу відокремити їх від літію.

Літій залишається у вигляді хлориду, який розчиняється у воді та легко витягується.

«Ми розробили процес FJH ClO, щоб оскаржити уявлення про те, що перероблення акумуляторів має ґрунтуватися на кислотному вилуговуванні», — сказав Джеймс Тур, який очолював дослідження.

«FJH ClO — це швидкий і точний спосіб вилучення цінних матеріалів без їхнього ушкодження і нанесення шкоди навколишньому середовищу». Перші порівняння показують явний приріст.

Випробування показують, що цей процес дає змогу витягувати практично весь літій, кобальт і графіт з високою чистотою. Попередні аналізи показують, що він споживає приблизно вдвічі менше енергії і на 95% менше хімікатів, ніж наявні промислові методи.

Команда підкреслює можливість вилучення всіх ключових матеріалів одним оптимізованим способом. Раніше застосовані методи часто давали змогу витягувати лише кілька елементів або вимагали багаторазової хімічної обробки.

Методика FJH ClO робить послідовність короткою, а хімію простою.

Дослідники стверджують, що метод має великий економічний потенціал.

Зниження енергетичних навантажень, скорочення витрат хімікатів і прискорення виробничого циклу можуть скоротити витрати в комерційних масштабах.

Цей підхід також допомагає знизити потребу у видобутку корисних копалин, який сам по собі чинить негативний вплив на навколишнє середовище.

«Відрадно бачити, що цей процес одночасно науково обґрунтований і практично корисний», — сказав Шичен Сюй, перший автор дослідження. «Саме цей баланс робить можливим реальний вплив».

Вчені планують масштабувати технологію через Flash Metals USA, підрозділ Metallium Ltd. Група зосередиться на адаптації конструкції реактора і технологічного процесу для великих обсягів.

Тур заявив, що ця робота виходить за рамки лабораторних випробувань. «Це більше, ніж просто лабораторний експеримент», — сказав він. «Це план того, як галузь може задовольнити попит на акумуляторні матеріали, не створюючи додаткового навантаження на планету».

Проєкт об'єднав дослідників із програм Університету Райса в галузі хімії, матеріалознавства, наноінженерії та прикладної фізики.

Роботу підтримали такі агентства, як DARPA, Управління наукових досліджень ВПС та Інженерний корпус армії США.

Дослідження опубліковано в журналі Advanced Materials.