Хотя электромобили часто считаются экологически чистыми, литиевые батареи, на которых они основаны, общеизвестно ресурсоёмки для производства и переработки. Однако исследователи из Корнеллского университета утверждают, что разработали дешевый и энергоэффективный способ переработки отработанных литий-ионных батарей.
Типичный процесс переработки включает в себя разрушение литиевых батарей с использованием сильной жары и агрессивных химикатов для извлечения ценного сырья. Традиционные методы переработки уничтожают все, включая дорогостоящую систему управления батареями, чтобы восстановить сырье, такое как литий, кобальт, марганец, никель, медь и алюминий, с использованием энергоемких процессов, таких как пирометаллургия и гидрометаллургия. Это расточительно, поскольку литиевые батареи обычно считаются отработанными, когда они достигают примерно 70-80% своей новой емкости. Даже в этом состоянии ключевые компоненты, такие как электроды, все еще можно восстановить, несмотря на накопление химического мусора в течение всего срока службы циклов перезарядки/разрядки.
Исследователи разработали новую технику переработки, позволяющую обратить этот процесс вспять химическим путем, не разрушая при этом целые элементы батареи. Исследователи Корнельского университета назвали этот процесс прямой регенерацией электродов (DEER) в исследовательской статье, опубликованной в журнале Energy and Environmental Science. Этот процесс химически удаляет межфазный слой твердого электролита (SEI), который накопился на электродах литий-ионных батарей с истекшим сроком службы, возвращая им 95% их первоначальной емкости.
Регенерированные батареи разлагаются медленнее, чем раньше
В то время как традиционная переработка литиевых батарей предполагает измельчение целых батарей в «черную массу» для извлечения сырья, новая технология DEER вместо этого фокусируется на восстановлении электродов батарей. После демонтажа батарей электроды погружаются в электрохимическую ванну, содержащую 1,3-диметил-2-имидазолидинон (ДМИ), который омолаживает их, удаляя толстый слой SEI, который препятствует прохождению электронов и, следовательно, способности батареи подавать энергию.
Этот процесс не только обращает вспять межфазный рост, но и оставляет тонкий слой фторида лития, который замедляет рост SEI в последующих циклах. Исследователи также обнаружили, что деградация аккумуляторов снизилась с 0,072% за цикл для необработанных разложившихся батарей до всего 0,042% за цикл для батарей, регенерированных с помощью DEER, при этом для обновленных батарей требуется 800 циклов, прежде чем скорость деградации увеличится. DEER также является повторяемым: второй цикл регенерации возвращает ранее обновленную батарею до 90% ее первоначальной емкости.
Обновленные электроды теперь готовы к повторному использованию в новых аккумуляторных блоках, что превращает переработку аккумуляторов из проблемы извлечения ресурсов в проблему восстановления. Это значительно сокращает время, усилия и энергию, необходимые для поддержания цикла цикличности. DEER, конечно, не единственная инновация в области переработки аккумуляторов, выдвинутая учеными: в 2025 году команда Вустерского политехнического института продемонстрировала гидрометаллургический процесс переработки, который восстанавливает 99% чистого лития из аккумуляторов электромобилей.
Технология показывает многообещающую возможность переработки аккумуляторов электромобилей
Несмотря на многообещающие результаты, этот новый подход к переработке DEER не является полной заменой существующих методов переработки литий-ионных аккумуляторов. Это потому, что DEER полезен только для все еще работающих батарей, которые потеряли емкость из-за накопления SEI. Батареи, потерявшие емкость или вышедшие из строя из-за потери лития, растрескивания частиц, структурных повреждений и механических повреждений, потребуют традиционных методов переработки. Таким образом, метод DEER, по-видимому, ограничивается переработкой аккумуляторов электромобилей, где аккумуляторы, уровень заряда которых составляет от 70 до 80%, уже считаются отработанными.
Однако даже у приложения EV есть свои проблемы. Попытки исследователей упростить процесс путем введения электролита DMI непосредственно в ячейку для регенерации электродов без разборки дали плохие результаты. Таким образом, DEER потребует удаления, переработки и промывки отработавших электродов аккумуляторной батареи. Хотя этот сложный процесс хорошо работает в лабораторных условиях, надежно воспроизвести его в больших масштабах будет непросто.
Тем не менее, по оценкам исследователей, переработанные элементы DEER будут стоить 15,25 долларов за кг по сравнению с 26,31 долларов за кг для традиционных пирометаллургических и гидрометаллургических методов переработки. Эту стоимость можно еще снизить, поскольку в их расчеты не включена переработка дорогостоящего решения DMI, на долю которого приходится примерно 63% затрат на переработку DEER. Таким образом, восстановление DMI снизит затраты по мере развития технологии в лаборатории. Хотя приложение DEER кажется нишевым, широкое внедрение электромобилей может сделать его осуществимым в реальном мире, особенно в таких странах, как Китай, где утилизация аккумуляторов электромобилей представляет собой серьезные проблемы.
