Американские инженеры разработали способ регенерации катодного материала литий-ионных аккумуляторов с использованием экологичного и нетоксичного триэтилфосфата, который растворяет связующий материал, прикрепляющий катод к токопроводящей подложке — металлической фольге.

В работе, опубликованной в журнале ACS Sustainable Chemistry & Engineering, ученым удалось эффективно восстановить неповрежденный кобальтсодержащий катодный материал и чистую алюминиевую фольгу, которые можно повторно использовать в новых аккумуляторах.

Литий-ионные аккумуляторы сейчас используются повсеместно — на них работают смартфоны, ноутбуки и даже электромобили. Подробно о том, как устроены такие аккумуляторы читайте в материале «Заряженный «Нобель»»https://nplus1.ru/material/2019/10/09/nobelch. Однако запасы материалов для таких батарей на нашей планете ограничены и быстро истощаются. С помощью эффективной переработки использованных аккумуляторов можно регенерировать такие ценные металлы как кобальт, марганец и никель.

Сейчас металлы в основном восстанавливают пирометаллургическим способом: длительным нагревом до температуры 500 градусов Цельсия и выше, которое требует больших затрат энергии. Другой вариант (гидрометаллургический) заключается в использовании сильных кислот (серной, азотной, соляной) в сочетании с восстановителем чаще всего — перекисью водорода. Этот процесс протекает при более низкой температуре, но у него есть другой существенный недостаток — образование большого количества вредных побочных продуктов, среди которых оксиды серы и азота, а также газообразный хлор.

Одна из трудностей переработки заключается в том, что катодный материал и углеродная добавка плотно прилегают к тонкой алюминиевой фольге через связующий полимер — поливинилиденфторид (ПВДФ). Эффективное отделение катодного материала от алюминиевой фольги поможет получать чистые материалы, пригодные для повторного использования.

Причем регенерация чистого алюминия очень выгодна экономически. Исследования показали, что использование регенерированного алюминия из старых литий-ионных аккумуляторов электромобилей в новых аккумуляторах сможет снизить общее потребление энергии при производстве электромобилей на 33 процента.

Эффективный метод отделения катодного материала от алюминиевой фольги заключается в растворении связующего их материала — поливинилиденфторида. Предыдущие исследования уже демонстрировали, что такие растворители как N-метил-2-пирролидон и N, N-диметилформамид хорошо подходят для растворения ПВДФ. Однако эти растворители неэкологичны и токсичны для рабочих.

Теперь инженеры из Окриджской национальной лаборатории под руководством Яоцай Бай (Yaocai Bai) продемонстрировали эффективный способ отделения катодного материала (содержащего никель, кобальт и марганец) от алюминиевой фольги при помощи более экологичного и менее токсичного растворителя — триэтилфосфата.