Инновация в сфере переработки катода литиевого аккумулятора
В журнале «Джоуль» была опубликована статья с описанием метода качественного восстановления литиевого катода в процессе переработки. Литий-ионные батареи с таким катодом служат дольше и заряжаются быстрее, чем аналоги с полностью новым катодом.
Сегодня перерабатывающие предприятия полностью разбирают и измельчают аккумуляторы, чтобы переплавить или растворить в кислоте. В итоге они получают черную массу в виде порошка или геля, из которой затем можно извлечь простые химические соединения или отдельные химические элементы для последующего производства новых аккумуляторов.
Новый метод позволяет сохранить важные свойства старого литиевого катода. Сначала батарея разбирается с удалением корпуса, электронных плат, кабелей и прочих компонентов, которые не содержат ценного лития. Оставшийся катодный материал растворяется в кислоте и очищается от ненужных примесей. Затем в него вводятся добавки (кобальт, никель), чтобы добиться оптимального соотношения компонентов. В результате получается обновленный порошок для катода, который можно нанести на алюминиевую фольгу или пластину и установить в «новой» батарее.
Когда исследователи сравнили кристаллические частицы из порошков в восстановленном и новом катодах с помощью рентгеновского микроскопа, то увидели, что у восстановленного порошка кристаллы более пористые, со множеством пустот в центральной части. Благодаря такой структуре кристаллы немного разбухают по мере проникновения в них ионов лития, при этом они становятся устойчивее к растрескиванию, которое считается основной причиной постепенной деградации катодного материала литий-ионного аккумулятора.
На рисунке выше показаны поперечные сечения частиц переработанного катода (A) и частиц из новых минералов (B), полученные с помощью рентгеновского микроскопа. Шкала масштаба 10 мкм для (А) и 5 мкм для (В).
Высокая пористость увеличивает площадь поверхности, на которой происходят химические реакции в процессе зарядки, поэтому литий-ионные батареи с в остановленным катодом заряжаются быстрее. В будущем ученные предлагают создавать все литиевые катоды с такой же эффективной пористой структурой.