Литий-ионные батареи стали неотъемлемой частью современной жизни, питая смартфоны, ноутбуки и электромобили. Однако с ростом спроса на них увеличивается и проблема электронных отходов. Отработанные аккумуляторы выделяют токсичные вещества, загрязняющие почву и воду, а добыча лития и других металлов приводит к истощению природных ресурсов и наносит вред экосистемам.
Группа китайских ученых предложила более безопасный и устойчивый метод переработки литий-ионных батарей, исключающий использование агрессивных кислот. Специалисты из Центрального Южного университета в Чанше, Гуйчжоуского педагогического университета и Национального инженерного исследовательского центра передовых материалов для хранения энергии разработали способ, работающий в нейтральной среде, что значительно снижает загрязнение окружающей среды и повышает безопасность процесса.
Глицин – ключ к устойчивой переработке
Важную роль в новой методике играет глицин – распространенная аминокислота, которая выступает в качестве связывающего агента. Он эффективно улавливает ионы лития, никеля, кобальта и марганца, предотвращая образование нежелательных побочных продуктов. Кроме того, глицин действует как буфер, поддерживая нейтральный pH раствора, что делает процесс значительно безопаснее по сравнению с кислотными методами переработки.
Уникальная особенность метода заключается в том, что после извлечения металлов оставшийся раствор глицина не превращается в отходы, а может быть использован в качестве удобрения. Таким образом, переработка становится не только эффективной, но и максимально экологичной.
Использование «микро-батарей» для разрушения старых аккумуляторов
Еще одно инновационное решение, примененное в этом методе, – создание в растворе крошечных «микро-батарей». Эти структуры помогают разложить использованный аккумуляторный материал, облегчая извлечение металлов.
В процессе переработки частицы батарей смешиваются с солью железа (II), оксалатом натрия и глицином в нейтральном растворе. На поверхности формируется тонкий слой оксалата железа (II), который играет роль анода, в то время как аккумуляторный материал служит катодом. Взаимодействие этих элементов запускает реакцию, разрушающую структуру батареи и высвобождающую литий, никель, кобальт и марганец в раствор.
Высокая эффективность и минимизация отходов
Результаты испытаний новой технологии впечатляют. Всего за 15 минут удается извлечь 99,99% лития, 96,8% никеля, 92,35% кобальта и 90,59% марганца из использованных аккумуляторов. При этом оставшийся раствор глицина можно применять в сельском хозяйстве, что сводит к минимуму образование отходов.
Разработанная методика не только позволяет эффективно извлекать ценные металлы, но и снижает негативное воздействие на окружающую среду. Этот инновационный подход к переработке литий-ионных батарей представляет собой важный шаг на пути к более устойчивому использованию ресурсов и сокращению вредных отходов.
Исследование опубликовано в журнале Angewandte Chemie International Edition.
