Новый метод переработки аккумуляторов почти без потерь ценного сырья

Исследователи из Технологического университета Чалмерса (Швеция) представили новый эффективный способ утилизации металлов из отработанных аккумуляторов электромобилей. Этот метод позволяет извлечь 100% алюминия и 98% лития из аккумуляторов электромобилей. При этом потери такого ценного сырья, как никель, кобальт и марганец, сводятся к минимуму(растворяется менее 0,5 % кобальта и никеля и около 1,5 % марганца). Для метода не требуются дорогостоящие или вредные химические вещества, поскольку исследователи используют щавелевую кислоту – органическую кислоту, которая встречается в растительном мире.

“До сих пор никому не удавалось найти подходящие условия для выделения такого количества лития с помощью щавелевой кислоты и при этом удалить весь алюминий. Поскольку все батареи содержат алюминий, нам необходимо иметь возможность удалить его без потери других металлов”, – говорит Леа Рукетт, аспирант кафедры химии и химического машиностроения Чалмерса.

В лаборатории Chalmers по переработке аккумуляторов Рукетт и руководитель исследования Мартина Петраникова демонстрируют работу нового метода. В лаборатории находятся отработанные элементы автомобильных аккумуляторов, а в вытяжном шкафу – их измельченное содержимое. Оно представляет собой тонко измельченный черный порошок, растворенный в прозрачной жидкости – щавелевой кислоте. Rouquette производит и порошок, и жидкость в чем-то, напоминающем кухонный миксер. Хотя внешне это выглядит так же просто, как приготовление кофе, точная процедура является уникальным и недавно опубликованным научным открытием. Путем точной настройки температуры, концентрации и времени исследователям удалось разработать новый замечательный рецепт использования щавелевой кислоты – экологически чистого ингредиента, который содержится в таких растениях, как ревень и шпинат.

“Нам нужны альтернативы неорганическим химическим веществам. Одним из самых узких мест в современных процессах является удаление остаточных материалов, таких как алюминий. Это инновационный метод, который может предложить индустрии переработки новые альтернативы и помочь решить проблемы, мешающие развитию”, – говорит Мартина Петраникова, доцент кафедры химии и химического машиностроения Чалмерса.

Обратный порядок и предотвращение потерь

Метод переработки на водной основе называется гидрометаллургией. В традиционной гидрометаллургии все металлы, входящие в состав элемента EV-батареи, растворяются в неорганической кислоте. Затем удаляются “примеси”, такие как алюминий и медь. И наконец, отдельно извлекаются такие ценные металлы, как кобальт, никель, марганец и литий. Несмотря на то, что количество остаточного алюминия и меди невелико, требуется несколько этапов очистки, и каждый из них может привести к потере лития. В новом методе исследователи изменили порядок и сначала извлекают литий и алюминий. Таким образом, удается сократить потери ценных металлов, необходимых для производства новых батарей.

Последняя часть процесса, когда черная смесь фильтруется, также напоминает варку кофе. Если алюминий и литий попадают в жидкость, то другие металлы остаются в “твердом веществе”. Следующим этапом процесса является разделение алюминия и лития.

“Поскольку металлы имеют совершенно разные свойства, мы не думаем, что их будет трудно разделить. Наш метод представляет собой новый многообещающий путь для переработки батарей – путь, который, безусловно, заслуживает дальнейшего изучения”, – говорит Рукетт.

“Мы надеемся, что в ближайшие годы этот метод можно будет использовать в промышленности”, – говорит Петраникова.

Исследовательская группа Петраниковой в течение многих лет проводит передовые исследования в области переработки металлов, содержащихся в литий-ионных аккумуляторах. Группа участвует в различных совместных проектах с компаниями по переработке аккумуляторов электромобилей и является партнером в таких крупных научно-исследовательских проектах, как проект Nybat компаний Volvo Cars и Northvolt. Для экспериментов использовались отработанные аккумуляторы электромобилей Volvo Cars, переработанные компаниями Stena Recycling и Akkuser Oy.

Léa M.J. Rouquette, Martina Petranikova, Nathália Vieceli et. al. Complete and selective recovery of lithium from EV lithium-ion batteries: Modeling and optimization using oxalic acid as a leaching agent. Separation and Purification Technology, 2023. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.124143