Новая технология извлечения лития из старых батарей

Исследование, проведенное специалистами Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн, представляет прорывной метод восстановления лития из отработанных аккумуляторов. Этот критически важный элемент, используемый в перезаряжаемых батареях, часто подвержен сбоям в цепочках поставок. Новый электрохимический процесс позволяет извлекать литий из аккумуляторных отходов, демонстрируя экономическую целесообразность и потенциал для упрощения операций, снижения затрат и повышения устойчивости процесса рециклинга.

Во главе с профессором химической и биомолекулярной инженерии Сяо Су, команда разработала процесс, который сначала выщелачивает металлы из батарей в органический растворитель. Затем, с помощью электрохимической ячейки, полимер-покрытый электрод избирательно захватывает литий.

«Основная сложность заключается в присутствии других металлов в потоках извлечения лития, особенно в органических вытяжках, которые обычно используются для растворения отработанных батарей при их переработке», — пояснила Су. «Чтобы преодолеть эти трудности, мы разработали сополимер, который избирательно захватывает литий непосредственно из органических растворителей и может быть электрохимически регенерирован».

Исследование, опубликованное в журнале ACS Energy Letters, было совместно возглавлено бывшим аспирантом Наён Ким при участии постдоков Йоханнеса Элберта и Хи-Еун Ким, а также студента бакалавриата Ченсяня Ву.

В лабораторных условиях команда Су разбирает батареи и выщелачивает металлы в органический растворитель, создавая смесь, содержащую литий и другие металлы. Затем этот растворитель помещается в электрохимическую ячейку со специально разработанным сополимерным покрытием на электроде. Этот сополимер действует подобно губке, избирательно захватывая ионы лития из смеси.

«Затем литий-наполненный электрод помещается в новый раствор, и подается напряжение», — говорит Су. «Это заставляет полимер высвобождать захваченные ионы лития, которые собираются, в то время как другие металлы остаются в исходном вытяжке. Такая электрохимическая регенерация обеспечивает многократные циклы селективного и эффективного извлечения лития из отработанных батарей».

Исследования Су в области восстановления ресурсов традиционно включают анализ экономической жизнеспособности, и данное исследование не стало исключением. «Мы обнаружили, что при использовании трехэтапного подхода, восстановленный литий может быть произведен по цене, которая экономически выгодна по сравнению с текущими рыночными ценами на литий», — отметил он.

Это означает, что новый метод может быть значительно дешевле или, по крайней мере, конкурентоспособен по стоимости с существующими методами производства лития. Су подчеркнул, что, несмотря на многообещающие результаты концепции, предстоит еще много работы по масштабированию системы и моделированию процессов для дальнейшей валидации их выводов.

«Эти результаты подчеркивают широкую применимость электрохимического разделения для рециклинга металлов, не только из воды, но и из органических растворителей, которые часто используются для выщелачивания отработанных батарей. Мы предвидим, что эта работа поможет создать более циклично замкнутую и устойчивую цепочку поставок лития, повышая безопасность поставок и потенциально снижая воздействие на окружающую среду, связанное с другими формами добычи лития, такими как горнодобывающая промышленность».