Создан единый реактор для извлечения металлов из старых литий-ионных батарей

Литий-ионные аккумуляторы теряют от 12% до 24% ёмкости за 500 циклов зарядки и разрядки. Материалы внутри аккумулятора также могут деградировать, что со временем приводит к снижению ёмкости. Утилизация литиевых аккумуляторов — отдельная проблема. Просто выбрасывать их на свалки или сжигать опасно из-за попадания токсичных элементов в почву и воду.


Но для переработки таких батарей требуется сложная гидрометаллургия. Если вкратце, то при этом использованную батарею разбирают, и ценные металлы вымывают растворителем. При последующей очистке металл извлекают, а растворитель перерабатывают. Причём такая традиционная гидрометаллургия аккумуляторов требует нескольких этапов экстракции и очистки. И для каждой из стадий нужны отдельные реакторы и разные параметры. Технология значительно повышает стоимость переработки, следовательно, коэффициент утилизации литиевых батарей очень низок.

Предпринимались многочисленные попытки разработать решение в виде одной ёмкости путём разделения реактора мембранами. Однако они потерпели неудачу, в основном из-за разрушения перегородок при сильном перемешивании.

О решении проблемы сообщила междисциплинарная исследовательская группа профессора Бартоша Гржибовски из Института фундаментальных наук (IBS), Южная Корея. Учёные создали метод извлечения ценных металлов — лития, никеля и кобальта — из отработанных литий-ионных батарей в новом реакторе.

Группа Гржибовски известна в этой области своими вращающимися концентрическими жидкостными реакторами. Они добивались эффективности в одной камере, хотя и в несколько приёмов. И в этот раз учёные успешно применили концепцию для упрощения вторичной переработки литиевых аккумуляторов. Исследование опубликовали в журнале Advanced Materials («Передовые материалы»).

Соавтор исследования Ольгерд Цибульски спроектировал вращающийся горизонтально реактор, который перерабатывает сложные сочетания металлов более эффективно. Когда сосуд вращается, фазы сырья с более высоким рН (мера кислотности), органический растворитель и вещества с более низким рН образуют концентрические слои. Причём слои достаточно стабильные для успешного межфазного перемешивания, без превращения в единую жидкость. На иллюстрации — изобретённый жидкостный реактор.

Пояснения к рисунку:

a) поперечное сечение загруженного реактора;
b) вид спереди (вдоль оси вращения) фактического ротора в режиме без перемешивания;
c) вид ротора сбоку с тем же содержимым, но в режиме перемешивания.

По словам Кристобаля Кинтаны, соавтора, при этом процессе «разделение металлов наступает за считанные минуты с малой концентрацией растворителей и с высокой избирательностью».

Профессор Гржибовски добавил, что технология также перспективна и для извлечения других металлов. Её можно настраивать на различные составы, а не только на содержимое аккумуляторов.