Các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers, Thụy Điển, đã tìm ra một phương pháp mới và hiệu quả để tái chế kim loại từ pin ô tô điện đã qua sử dụng. Phương pháp này cho phép thu hồi 100% nhôm và 98% lithium trong pin ô tô điện. Đồng thời, việc thất thoát các nguyên liệu thô có giá trị như niken, coban, mangan được giảm thiểu. Không cần sử dụng các hóa chất đắt tiền hoặc độc hại trong quá trình này vì các nhà nghiên cứu sử dụng axit oxalic – một loại axit hữu cơ có thể tìm thấy trong giới thực vật.
Cách thức hoạt động của phương pháp: phần nghiền nát của pin ô tô đã qua sử dụng (túi bạc), ở dạng bột đen nghiền mịn (đĩa bên trái), được hòa tan trong chất lỏng trong suốt – axit oxalic. Sau một thời gian nhất định, hỗn hợp màu đen được lọc. Nhôm và lithium kết thúc ở dạng chất lỏng (màu xanh lục), trong khi các kim loại khác, chẳng hạn như coban, niken và mangan, vẫn ở dạng “chất rắn” tối (đĩa bên phải). Tín dụng: Đại học Công nghệ Chalmers | Anna-Lena Lundqvist
Bài báo “Thu hồi hoàn toàn và có chọn lọc lithium từ pin lithium-ion EV: Mô hình hóa và tối ưu hóa bằng cách sử dụng axit oxalic làm chất lọc” được đăng trên tạp chí Công nghệ tách và tinh chế .
"Cho đến nay, chưa ai có thể tìm ra chính xác các điều kiện thích hợp để tách lượng lithium lớn như vậy bằng axit oxalic, đồng thời loại bỏ tất cả nhôm. Vì tất cả các loại pin đều chứa nhôm nên chúng tôi cần có thể loại bỏ nó mà không làm mất đi các kim loại khác, " Léa Rouquette, Tiến sĩ nói. sinh viên Khoa Hóa học và Kỹ thuật Hóa học tại Chalmers.
Trong phòng thí nghiệm tái chế pin của Chalmers, Rouquette và trưởng nhóm nghiên cứu Martina Petranikova trình bày cách thức hoạt động của phương pháp mới. Phòng thí nghiệm đã sử dụng pin ô tô và các chất chứa trong chúng đã được nghiền thành bột trong tủ hút. Chất này có dạng bột đen nghiền mịn hòa tan trong chất lỏng trong suốt—axit oxalic.
Rouquette tạo ra cả bột và chất lỏng trong một thứ gì đó gợi nhớ đến máy trộn nhà bếp. Mặc dù trông có vẻ dễ dàng như pha cà phê nhưng quy trình chính xác lại là một bước đột phá khoa học độc đáo và được công bố gần đây. Bằng cách tinh chỉnh nhiệt độ, nồng độ và thời gian, các nhà nghiên cứu đã đưa ra một công thức mới đáng chú ý để sử dụng axit oxalic – một thành phần thân thiện với môi trường có thể tìm thấy trong các loại thực vật như đại hoàng và rau bina.
Martina Petranikova, Cộng sự cho biết: "Chúng tôi cần các giải pháp thay thế cho hóa chất vô cơ. Một trong những trở ngại lớn nhất trong các quy trình ngày nay là loại bỏ các vật liệu còn sót lại như nhôm. Đây là một phương pháp cải tiến có thể cung cấp cho ngành tái chế các giải pháp thay thế mới và giúp giải quyết các vấn đề cản trở sự phát triển". Giáo sư tại Khoa Hóa học và Kỹ thuật Hóa học tại Chalmers.
Đảo ngược trật tự và tránh mất mát
Phương pháp tái chế dựa trên dung dịch nước được gọi là thủy luyện. Trong thủy luyện truyền thống, tất cả kim loại trong pin EV đều được hòa tan trong axit vô cơ. Sau đó, bạn loại bỏ các "tạp chất" như nhôm và đồng. Cuối cùng, bạn có thể thu hồi riêng các kim loại có giá trị như coban, niken, mangan và lithium.
Mặc dù lượng nhôm và đồng còn sót lại là nhỏ nhưng nó đòi hỏi một số bước tinh chế và mỗi bước trong quy trình này có thể gây thất thoát lithium. Với phương pháp mới, các nhà nghiên cứu đã đảo ngược trật tự và thu hồi lithium và nhôm trước tiên. Vì vậy, họ có thể giảm thiểu sự lãng phí kim loại có giá trị cần thiết để sản xuất pin mới.
-
Các chất được nghiền mịn trong pin ô tô được thêm vào và hòa tan trong axit oxalic. Bằng cách tinh chỉnh nhiệt độ, nồng độ và thời gian, các nhà nghiên cứu đã đưa ra một công thức mới tuyệt vời để sử dụng axit oxalic – một thành phần chất phản ứng thân thiện với môi trường có trong thực vật như đại hoàng và rau bina. Tín dụng: Đại học Công nghệ Chalmers | Anna-Lena Lundqvist
-
Các nhà nghiên cứu tại Chalmers làm việc với pin ô tô đã qua sử dụng thực sự của Volvo Cars. Đây là một mô-đun pin, chứa 14 cell pin. Tín dụng: Đại học Công nghệ Chalmers | Anna-Lena Lundqvist
-
Sau phương pháp tái chế dựa trên dung dịch nước, nhôm và lithium sẽ ở dạng chất lỏng (màu xanh lục). Các kim loại khác, chẳng hạn như coban, niken và mangan, vẫn ở dạng “chất rắn” tối màu, được hiển thị trên tấm. Tín dụng: Đại học Công nghệ Chalmers | Anna-Lena Lundqvist
-
Các chất được nghiền mịn trong pin ô tô được thêm vào và hòa tan trong axit oxalic. Bằng cách tinh chỉnh nhiệt độ, nồng độ và thời gian, các nhà nghiên cứu đã đưa ra một công thức mới tuyệt vời để sử dụng axit oxalic – một thành phần chất phản ứng thân thiện với môi trường có trong thực vật như đại hoàng và rau bina. Tín dụng: Đại học Công nghệ Chalmers | Anna-Lena Lundqvist
-
Các nhà nghiên cứu tại Chalmers làm việc với pin ô tô đã qua sử dụng thực sự của Volvo Cars. Đây là một mô-đun pin, chứa 14 cell pin. Tín dụng: Đại học Công nghệ Chalmers | Anna-Lena Lundqvist
Phần sau của quá trình, trong đó hỗn hợp màu đen được lọc, cũng gợi nhớ đến việc pha cà phê. Trong khi nhôm và lithium tồn tại ở dạng lỏng thì các kim loại khác ở lại ở dạng “chất rắn”. Bước tiếp theo trong quy trình là tách nhôm và lithium.
Rouquette cho biết: “Vì các kim loại có những đặc tính rất khác nhau nên chúng tôi không nghĩ sẽ khó tách chúng ra. Phương pháp của chúng tôi là một lộ trình mới đầy hứa hẹn để tái chế pin – một lộ trình chắc chắn cần được khám phá thêm”. Petranikova cho biết: “Vì phương pháp này có thể được mở rộng quy mô nên chúng tôi hy vọng nó có thể được sử dụng trong công nghiệp trong những năm tới”.
Nhóm nghiên cứu của Petranikova đã dành nhiều năm thực hiện nghiên cứu tiên tiến về tái chế kim loại có trong pin lithium-ion. Nhóm này tham gia vào nhiều hoạt động hợp tác với các công ty để phát triển hoạt động tái chế pin ô tô điện và là đối tác trong các dự án nghiên cứu và phát triển lớn, chẳng hạn như dự án Nybat của Volvo Cars và Northvolt.
Nghiên cứu được thực hiện bởi Léa Rouquette, Martina Petranikova và Nathália Vieceli tại Khoa Hóa học và Kỹ thuật Hóa học tại Đại học Công nghệ Chalmers, Thụy Điển .
