回收的动力锂离子电池

与电动汽车(EV)行业将呈指数级增长,所以也是锂离子电池电力的浪费这些车辆。从电动汽车销售在全球仅在2017年,花了锂离子电池的浪费可以约250000吨,或半一百万立方米——足够填充在伦敦皇家阿尔伯特音乐厅近6倍。平均只电池保证八年来,一些2017的电池可以在2025年需要更换和处理。随着越来越多的电池生产跟上增加对电动汽车的需求,经济复苏的关键材料在这些电池将是至关重要的创建一个圆形,可持续工业和管理浪费。但目前不存在回收方法,既高效又有足够的利润来是可持续的。有什么要做新一代的电池?

为什么回收吗?

推动锂离子电池回收最大的问题之一是废物管理之一,但它是不正确的说,所有的电池今天制造垃圾。锂离子电池在它的生命,它仍然保留了约80%的费用,而没有足够的为电动汽车,它是足够的对于各种不同的应用程序,如能量储存。这些“第二人生”电池可以用于至少10年。这种重用最好在第一个实例来回收,因为他们极具价值和回收是昂贵的。特斯拉电池的材料,例如,(£1200)价值约1500美元,但市值在10000美元和15000美元之间,”汉斯说埃里克·梅林循环能量储存的创始人咨询公司研究锂离子电池的生命周期。”如果你想要得到的物质价值,你必须拆开它,你必须摧毁它,你有一些回收过程中处理它。然后你只有几百美元。

这些电池的需求是巨大的——世界最大的电信运营商塔,塔,中国打算取代铅酸电池用于后备电源的几乎所有200万塔基站第二人生的锂离子电池。54、妇女的电池存储,或约200万电池。这样,重用可以扮演一个角色在增加价值和提供回收行业随着时间的推移,齐心协力必要的基础设施大规模回收电池。但随着锂离子电池的总量将达到每年780万吨,到2040年,根据从IDTechEx报告预期,全球供应的电池将超过他们在“第二人生”的应用程序的需求。并不是所有电池能够重用——那些来历不明的,或者那些参与事故,需要回收。当然,电池为好,所以做最终死亡的有远见的方法回收管理从长远来看最重要的是浪费和支持关键材料储备。所有的最终命运填词的第一和潜在的第二生活应该回收,”伯明翰大学的加文·哈珀表示中心的战略要素和关键材料在英国。

因为这些电池通常包含有价值的材料,如镍、锰和钴,最终将他们扔到垃圾填埋量的增加会浪费宝贵的资源浪费。如果电动汽车的目的是减少二氧化碳的排放,然后提取这些原材料从地面生产电动车违背他们的目的,“Zubera Iqbal说,研究人员在伯明翰大学的电池回收工作。固体回收关键基础设施也将缓慢损耗的钴储备必要制造这些电池——据估计,到2030年,回收可以提供欧洲10%的钴供应。,为业界提供了一个额外的好处,减少依赖问题来源:世界上至少60%的钴开采在刚果民主共和国,在一些最脆弱的社会首当其冲的提取钴矿业在刚果民主共和国与侵犯人权、童工和武装冲突等。

回收的困难

回收的今天都是通过一个火法冶金和湿法冶金术——这一过程还需要做出更多。虽然过程恢复的一些最有价值的金属电池,其他有价值的材料。“基本上,你把电池扔进熔炉,得到的混合合金底部——通常镍、钴和铜,“琳达盖恩斯说,材料和生命周期分析专家在美国阿贡国家实验室。的锂和铝氧化,去渣——他们不经济的恢复。锂和铝后被送往垃圾填埋场,剩下的金属合金,这些不得不处理湿法冶金的提取的最大价值,打破阴极的晶体结构和浸出的不同的离子电池最终的前身盐硫酸镍和硫酸钴可以用来制造新的电池。钴是迄今为止最有价值的产品,”盖恩斯说。但随着汽车制造商正在向化学电池钴越来越少,你将从中获得有价值的产品浸出过程的不断减少。”

许多问题复杂化的发展更有效的过程。一个基本的问题是,这些电池只是不回收,他们专为高性能和寿命,电池的基本功能可设计电池受损为代价,更可回收利用。锂离子电池包由几千的细胞分组模块,每个单元格包含阴极,阳极、分离器和电解液。阴极一般由一个活跃的过渡金属氧化物粉末混合炭黑和粘在一个铝箔电流收集器等复合聚偏二氟乙烯(PVDF)。石墨阳极含有粘在PVDF的铜箔,LiPF和电解液通常是一个解决方案₆盐。

这是大量的组件,以及它们组合在一起的方式,使得分离困难。电池没有设计分开,”艾玛·肯德里克解释说,主席在伯明翰大学的能源材料。你最终得到很强的胶用于组装,然后你必须找到某种方式去掉,试图把细胞从模块。或者,你有几个细胞是焊接在一起,你必须尝试消除焊缝。这样的话,他们不是真正的为拆卸设计的,”

因此,回收电池最便宜和最常见的方法是分解。但不存在标准的电动汽车电池——受欢迎的化学反应包括镍钴铝、锂锰氧化物,和镍钴、镁等,每个车型都有不同的电池结构。‘如果你回收,你无法控制你所得到的,所有这些电池会在一起,”杰克Vaughey说化学家阿贡国家实验室。当分解电池,这些不同的化合物分离。可以用密度分离,或利用不同的磁性不同的金属氧化物。

包的方式组装也意味着分解后,其中一个最宝贵的组件——阴极“黑质量”,或活跃的电化学金属氧化物-污染的其他材料。战斗,研究人员正在研究如何设计包,模块和细胞以这样一种方式结束时,他们更容易拆开他们的生活绕过需要分解,或使净化更简单。可以简单用螺母和螺栓代替焊接,或试图开发新胶水容易使用。如果我们已经有了一个系统在10年的时间,仍然是使用完全相同的电池我们目前,那么这将是一场灾难,物理化学教授安德鲁·阿伯特说在英国莱斯特大学。但电池是由制造商和回收友好并不总是伴随他们的性能标准。我们发现它非常具有挑战性的让人们说“我们可以做到”——有很多阻力,”Jeffrey spangenberg说主任刚再循环在阿贡国家实验室项目。

回收的现状

即使缺乏回收设计,研究人员正在寻找方法来最大化复苏。一个纯粹的湿法冶金的过程将更有效,也就是说,使用水溶液浸出分解后的贵重金属阴极材料。通常使用硫酸和过氧化氢,过氧化与做还原剂将不溶性有限公司(三世)材料为可溶性有限公司(二世)。浸出后,钴和锂可以恢复盐通过降水通过改变溶液的pH值。这一过程让你与高纯原料可以用于制造新的电池。但在湿法冶金的过程恢复更多的有价值的材料比纯pyrometallurgical,来自实际的阴极材料的价值。这意味着用于阴极时含有大量的钴和锂钴氧化物-湿法冶金的过程可以恢复70%的这些阴极的价值——它是那么有用的阴极cobalt-rich较低,大多数的价值在于制造阴极氧化物本身,而不是原材料。

在这种情况下,原材料的价值较低,有可能恢复价值的阴极本身。通过这一过程称为直接回收,这就是——一个基于项目刚组成的阿贡国家实验室和大约50六个国家实验室和大学的研究人员正在探索。直接回收利用是基于防止锂离子电池阴极的晶体结构被打破,好处是你保持内容的价值将原材料转变为阴极,它可能非常重要,”spangenberg说,该计划的主管。直接回收,另一个好处,它还允许其他有价值的组件(如铝和铜薄片,盐的电解液和石墨阳极的恢复。直接回收,电池再次粉碎和黑色的质量-阴极和阳极粉恢复。当你得到粉末回来,他们在聚合物涂层——高度的金属箔片的胶,“Vaughey说,世卫组织正在协调在刚直接回收工作。这些粉末必须仔细洁净而不会破坏活性粉末表面——例如,移除胶水使用溶剂或通过depolymerising热量。

而直接回收恢复最高价值的产品原则上,回收者需要考虑为什么电池需要回收的。通常,它的活性阴极材料退化,再次是有用的,它需要重新用新的锂。使用光谱,可以做一个粗略的估计有多少锂缺失,并可以通过混合添加新的锂阴极与氢氧化锂和加热到220°C。和快速变化的市场意味着制造商总是转向新的化学反应有更好的能力。以这种方式重新阴极中,它可以是必要的升级。年长的镁镍钴电池,例如,包含一个镍的比例远低于新的迭代。恢复了市场会想买的东西,有必要增加镍回收材料的内容。这个新领域Vaughey和他的团队正在探索,困难之一是使整个阴极镍均匀。的东西扩散的速度与它的电荷,带电的东西越高,扩散越慢,“Vaughey说。”在这种情况下,我们要3 +阳离子进入固体和让他们来回均匀——这是非常困难的。”

但是并不是每个人都分解电池。在英国,法拉第机构回收的锂离子电池(ReLiB)项目正在一片叶子的一些公司正在做什么在远东——把包和分裂它打开到阳极,阴极和分离器得到更纯净的材料。ReLiB正在开发一个自动化系统,用于拆卸以这种方式将删除电击的风险技术人员执行手动拆卸。所有我们必须做的是分离出活性物质表面的金属箔,”安德鲁·阿伯特说,在ReLiB研究员。为此,ReLiB研究团队设计了一个分层的方法使用超声波,能够分离金属的阴极电流收集器比使用酸快100倍——在几秒钟内,而不是时间。

刚和他们的努力ReLiB并不孤单。越来越多的回收研究网络设计他们自己的创新和技术继续出现,全世界增长。回收基础设施大规模一起回收,它目前尚不清楚这其中的一个方法,如果有的话,将首选路线。你需要了解你浪费的价值,和贸易与你昂贵的过程。我不确定我们有答案,肯德里克说。情况可能是,这些不同的方法一起使用,根据最有利可图的和最适合不同的电池。但为了给回收行业最大的成功的机会,阿伯特认为重要的是这些项目分享他们的专业知识。”会发生在未来10年内会有一个异体受精的想法,”艾伯特说。”这是非常重要的,这些项目不工作在他们自己的。

帕特里克·休斯是一个基于科学作家在贝尔法斯特,英国