Вода обещает стать ключом к массовой переработке литий-ионных аккумуляторов
Для производства и последующей переработки литий-ионных аккумуляторов производители используют токсичные органические растворители. Это усложняет процессы и делает их опасными для среды и здоровья человека. Сделать переработку аккумуляторов менее вредной и широко распространенной может отказ от растворителей в пользу водных растворов.
Производители аккумуляторов скептически относятся к использованию водных растворов в технологических процессах. Вода вступает в реакцию с литием и ухудшает параметры аккумуляторов. А вот ученые решили принять вызов, и на этом пути получены определенные обнадеживающие результаты.
В новом исследовании группа под руководством Дзянлинь Ли (Jianlin Li) из Ок-Риджской национальной лаборатории и Чжэн Ли (Zheng Li) из Политехнического университета Виргинии заменила популярное среди производителей батарей связующее вещество поливинилиденфторид (PVDF) на два других: вододиспергируемое связующее на основе латекса и водорастворимый стирол-бутадиен. Первое, как понятно, используется вместе с органическим растворителем (обычно это N-метил-2-пиролидон, NMP), а два других взаимодействуют с водой.
Связующие вещества нужны для того, чтобы изготовить катоды и аноды аккумуляторов. В конструкцию электродов входят электрохимические материалы в виде порошков (металлов и графита), которым необходимо придать форму и нанести на токосъемники из медной или алюминиевой фольги. Если для изготовления электродов используется PVDF, то применяются органические растворители, которые также используются при переработке электродов после окончания срока службы аккумуляторов. Переход на водные растворы и растворяемые в воде связующие вещества дает возможность избавиться от вредных растворителей как на этапе производства батарей, так и на этапе переработки.
Последующие эксперименты с аккумуляторами на катодах и анодах, произведенных с помощью водных растворов, показали, что после тысячи циклов зарядки работа батарей практически не отличается от работы эталонных аккумуляторов, произведенных с использованием органических растворителей. В этом есть надежда перевести вредное производство на более дружественную к среде основу.
По прогнозам отраслевых аналитиков, к 2030 году масса вышедших из эксплуатации аккумуляторов достигнет 10 миллионов тонн. Из-за технических и экономических проблем сегодня перерабатываются менее 5 % выведенных из работы аккумуляторов. Представьте, если все это придется перерабатывать не с помощью воды, а с использованием "грязной" химии. А ведь перерабатывать придется, запасы лития на Земле не бесконечные.
