Учёные разработали новую технологию переработки современных литий-ионных аккумуляторов
Схема выделения металлов из отработанных литий-ионных аккумуляторов. Источник: ИОНХ РАН
Исследователи из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН разработали новые доступные технологии переработки современных литий-ионных аккумуляторов с использованием глубоких эвтектических растворителей с высокой селективностью. Впервые показана возможность применения этих альтернативных растворителей в реальных химико-технологических процессах. Результаты исследования опубликованы в журнале Processes. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 20–13–00387).
В современном мире литий-ионные аккумуляторы — один из основных видов накопителей энергии. Вследствие стремительного роста производства и употребления литий-ионных аккумуляторов возникает необходимость их переработки (рециклинга), поскольку такие батареи содержат большое количество ценных элементов (литий, кобальт, никель, марганец и др.), а также токсичных электролитов. Один из наиболее перспективных подходов к переработке аккумуляторов — использование нового поколения растворителей, так называемых глубоких эвтектических растворителей, обычно представляющих собой жидкую при комнатной температуре смесь двух органических веществ. Главное достоинство такого подхода — возможность тонкой настройки экстракционных свойств и, соответственно, разделения самых сложных смесей.
Химикам из ИОНХ РАН удалось реализовать на практике комплексный подход к синтезу, изучению свойств и применению глубоких эвтектических растворителей. Результаты работы прокомментировал один из авторов статьи, заведующий лабораторией теоретических основ химической технологии ИОНХ РАН, член-корреспондент РАН Андрей Вошкин:
«Современные технологии переработки отработанных источников тока — это важнейшая составляющая сырьевой независимости государства, а также ключ к решению существующих и перспективных экологических проблем, имеющих большое социально-экономическое значение. Достоинство нашего подхода заключается в сочетании фундаментальных исследований и прикладных разработок. На первом этапе работы устанавливается элементный состав и определяются наиболее рациональные схемы переработки отработанных источников тока. Далее синтезируется глубокий эвтектический растворитель, обладающий требуемыми физико-химическими свойствами и заданной селективностью по отношению к основным компонентам аккумуляторов: кобальту, никелю, марганцу, литию и др. Следующим важным этапом является подбор оптимальных параметров переработки элементов аккумулятора с использованием модельных объектов, это позволяет существенным образом ускорить разработку технологии. В рамках нашего исследования было проведено выщелачивание металлов из реальных катодных материалов литий-ионных аккумуляторов. Затем впервые в лабораторном масштабе было реализовано полное экстракционное разделение всех металлов из полученных растворов выщелачивания с применением разработанных нами гидрофобных глубоких эвтектических растворителей на основе Aliquat 336, D2EHPA и L-ментола. После этого технологическая схема была реализована на исследовательском экстракционном оборудовании с отработкой режимов и условий процесса».
По результатам проведённой работы учёные предложили высокоэффективный химико-технологический процесс переработки катодных материалов литий-ионных аккумуляторов с использованием новых глубоких эвтектических растворителей и перспективных образцов серийного экстракционного оборудования. Эта разработка может быть использована на высокотехнологичных современных предприятиях по переработке отработанных источников тока.
