Литий-ионные аккумуляторы обеспечивают энергией нашу повседневную жизнь, от смартфонов до электромобилей. Однако по мере роста спроса растёт и проблема электронных отходов. Выброшенные аккумуляторы выделяют токсичные химические вещества, которые загрязняют почву и воду, а добыча лития и других металлов истощает природные ресурсы и наносит вред экосистемам. Чтобы решить эти проблемы, группа китайских исследователей разработала более безопасный и экологичный метод переработки, который устраняет необходимость в агрессивных кислотах за счёт использования нейтрального раствора.
Более безопасный способ извлечения металлов
Старые литий-ионные аккумуляторы содержат ценные металлы, такие как литий, никель, кобальт и марганец, которые можно повторно использовать в новых аккумуляторах. В большинстве современных методов переработки для извлечения этих металлов используются сильные кислоты или аммиак, но эти процессы могут нанести вред окружающей среде. Новый метод, разработанный учёными из Центрального Южного университета в Чанше, Педагогического университета Гуйчжоу и Национального научно-исследовательского центра передовых материалов для хранения энергии, работает при нейтральном уровне pH, снижая риск загрязнения и угрозы безопасности. Чтобы сделать это возможным, исследователи объединили две инновационные идеи: использование крошечных «микробатареек» для разрушения материалов батареи и добавление аминокислоты глицина для извлечения металлов. Эти хитрости позволяют извлекать ценные металлы без использования агрессивных химикатов.
Ключевая роль аминокислот в устойчивой переработке отходов
Глицин, распространённая аминокислота, играет ключевую роль в этом методе. Он действует как связующее вещество, захватывая ионы металлов, таких как литий, никель, кобальт и марганец, предотвращая образование нежелательных побочных продуктов. Кроме того, глицин является естественным буфером, поддерживающим нейтральный уровень pH в растворе и делающим процесс гораздо более безопасным, чем традиционные методы переработки на основе кислот. Но вот настоящий сюрприз: раствор глицина, оставшийся после извлечения металла, — это не отходы, а ресурс. Вместо того чтобы создавать токсичные побочные продукты, его можно использовать в качестве удобрения, превращая химические отходы в полезный сельскохозяйственный продукт. Это означает, что глицин не только оптимизирует извлечение металлов, но и гарантирует, что каждая часть процесса способствует экологичности.
Микроэлементы помогают разряжать старые батарейки
Ключевым открытием в этом новом методе является создание крошечных «микробатареек» в растворе для переработки. Они помогают расщепить материал, из которого изготовлена батарея, значительно облегчая извлечение металла. Исследователи смешали частицы старой батареи с солью железа (II), оксалатом натрия и глицином в нейтральной жидкости. При этом на частицах образуется тонкий слой оксалата железа (II), который действует как анод, а материал батареи — как катод. Эта установка запускает реакцию, в ходе которой железо (II) превращается в железо (III), а ионы кислорода в материале батареи превращаются в ионы гидроксида (OH–). Эта реакция разрушает структуру аккумулятора, позволяя литию, никелю, кобальту и марганцу раствориться в растворе. Этот процесс не только быстрый и эффективный, но и позволяет избавиться от вредных отходов.
Ошеломляющая эффективность утилизации аккумуляторных батарей
Результаты этого метода более чем впечатляющи. Всего за 15 минут он может извлечь 99,99% лития, 96,8% никеля, 92,35% кобальта и 90,59% марганца из использованных аккумуляторов. Самое интересное? Оставшийся раствор глицина можно использовать в качестве удобрения, что ещё больше сократит количество отходов.
Этот новый метод переработки не ограничивается восстановлением металлов; он позволяет делать это таким образом, чтобы дополнительно защищать планету. Это более разумный, безопасный и экологичный подход к переработке аккумуляторов, который позволяет максимально эффективно использовать ресурсы и минимизировать вред для окружающей среды.