Để giúp đáp ứng nhu cầu EV toàn cầu, các nhà nghiên cứu phát triển phương pháp bền vững để tái chế pin lithium-ion cũ hơn

Để giúp đáp ứng nhu cầu EV toàn cầu, các nhà nghiên cứu phát triển phương pháp bền vững để tái chế pin lithium-ion cũ hơn

    Để giúp đáp ứng nhu cầu EV toàn cầu, các nhà nghiên cứu phát triển phương pháp bền vững để tái chế pin lithium-ion cũ hơn
    bởi Safa Jinje, Đại học Toronto

    To help meet global EV demand, researchers develop sustainable method of recycling older lithium-ion batteries
    Giáo sư Gisele Azimi và ứng viên tiến sĩ Jiakai (Kevin) Zhang đã đề xuất một phương pháp mới bền vững hơn để thu hồi các kim loại quý giá từ pin lithium-ion đã hết thời hạn sử dụng. Ảnh: Safa Jinje


    Một nhà nghiên cứu của Đại học Toronto đã phát triển một kỹ thuật mới để giúp tái chế kim loại trong pin lithium-ion, vốn đang có nhu cầu cao trong bối cảnh doanh số bán xe điện trên toàn cầu tăng mạnh.

    Gisele Azimi, một giáo sư thuộc khoa khoa học và kỹ thuật vật liệu và kỹ thuật hóa học và hóa học ứng dụng tại Khoa Khoa học & Kỹ thuật Ứng dụng, và nhóm của cô ấy đã đề xuất một phương pháp mới, bền vững hơn để khai thác các kim loại có giá trị — bao gồm cả lithium, và cả coban , niken và mangan — từ pin lithium-ion đã hết tuổi thọ hữu ích.

    Tiến sĩ Jiakai (Kevin) Zhang cho biết: “Lấy những kim loại này từ quặng thô cần rất nhiều năng lượng. ứng viên kỹ thuật hóa học và hóa học ứng dụng là tác giả chính của bài báo mới được xuất bản gần đây trên tạp chí Tài nguyên, Bảo tồn và Tái chế.

    "Nếu chúng tôi tái chế các loại pin hiện có, chúng tôi có thể duy trì chuỗi cung ứng bị hạn chế và giúp giảm giá thành của pin EV, làm cho các phương tiện có giá cả phải chăng hơn."

    Một phần trong cam kết của Canada nhằm đạt đến mức không phát thải ròng vào năm 2050 bao gồm mục tiêu bắt buộc yêu cầu 100% xe ô tô tải nhẹ và xe tải chở khách mới được bán tại nước này phải chạy bằng điện vào năm 2035.

    Để đạt được mục tiêu này sẽ yêu cầu tăng nguồn cung các kim loại quan trọng, giá vốn đã rất cao. Ví dụ, coban, một thành phần chính trong sản xuất cực âm của pin lithium-niken-mangan-coban-oxit (thường được viết tắt là NMC) được sử dụng rộng rãi trong xe điện, cũng là một trong những thành phần đắt tiền nhất của pin lithium-ion do nó dự trữ có hạn.

    Azimi nói: “Chúng ta sắp đạt đến thời điểm mà nhiều loại pin lithium-ion sắp hết tuổi thọ. "Những loại pin này vẫn còn rất giàu các nguyên tố cần quan tâm và có thể cung cấp một nguồn lực quan trọng để phục hồi."

    Việc tái chế không chỉ có thể cung cấp những vật liệu này với chi phí thấp hơn mà còn giảm nhu cầu khai thác quặng thô đi kèm với các chi phí về môi trường và đạo đức.

    Tuổi thọ của pin EV là từ 10 đến 20 năm, nhưng hầu hết các nhà sản xuất ô tô chỉ bảo hành trong tám năm hoặc 160.000 km — tùy theo điều kiện nào đến trước. Khi pin EV hết tuổi thọ, chúng có thể được tân trang lại để sử dụng cho đời thứ hai hoặc tái chế để thu hồi kim loại. Nhưng ngày nay, nhiều loại pin bị vứt bỏ không đúng cách và cuối cùng được đưa vào các bãi chôn lấp.

    Zhang cho biết: “Nếu chúng ta tiếp tục khai thác lithium, coban và niken để làm pin và sau đó chôn lấp chúng khi hết tuổi thọ, sẽ có tác động tiêu cực đến môi trường, đặc biệt nếu xảy ra hiện tượng rửa trôi chất điện phân ăn mòn và làm ô nhiễm hệ thống nước ngầm”.

    Các quy trình tái chế pin lithium-ion thông thường dựa trên quá trình luyện kim, sử dụng nhiệt độ cực cao, hay còn gọi là luyện kim thủy lực, sử dụng axit và các chất khử để chiết xuất. Hai quá trình này đều tiêu tốn nhiều năng lượng: luyện kim tạo ra khí thải gây hiệu ứng nhà kính, trong khi luyện kim tạo ra nước thải cần được xử lý và xử lý.

    Ngược lại, nhóm phòng thí nghiệm của Azimi đang sử dụng chiết xuất chất lỏng siêu tới hạn để thu hồi kim loại từ pin lithium-ion hết tuổi thọ. Quá trình này tách thành phần này khỏi thành phần khác bằng cách sử dụng dung môi chiết xuất ở nhiệt độ và áp suất cao hơn điểm tới hạn của nó, nơi nó sử dụng các đặc tính của cả chất lỏng và khí.

    Để thu hồi kim loại, Zhang đã sử dụng carbon dioxide làm dung môi, được đưa đến pha siêu tới hạn bằng cách tăng nhiệt độ trên 31ºC và áp suất lên đến 7 megapascal.

    Trong bài báo, nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng quy trình này phù hợp với hiệu suất chiết xuất của lithium, niken, coban và mangan đến 90% khi so sánh với các quy trình lọc thông thường, đồng thời sử dụng ít hóa chất hơn và tạo ra ít chất thải thứ cấp hơn đáng kể. Trên thực tế, nguồn năng lượng chính tiêu tốn trong quá trình khai thác chất lỏng siêu tới hạn là do quá trình nén CO2.

    Bà nói: “Ưu điểm của phương pháp của chúng tôi là chúng tôi đang sử dụng carbon dioxide từ không khí làm dung môi thay vì axit hoặc bazơ rất nguy hiểm. "Carbon dioxide dồi dào, rẻ và trơ, và nó cũng dễ dàng xử lý, thông hơi và tái chế."

    Khai thác chất lỏng siêu tới hạn không phải là một quá trình mới. Nó đã được sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm để chiết xuất caffeine từ hạt cà phê từ những năm 1970. Công việc của Azimi và nhóm của cô được xây dựng dựa trên nghiên cứu trước đây trong Phòng thí nghiệm Vật liệu Chiến lược để thu hồi các nguyên tố đất hiếm từ pin niken-kim loại-hyđrua.

    Tuy nhiên, đây là lần đầu tiên quy trình này được sử dụng để thu hồi kim loại từ pin lithium-ion, cô nói.

    "Chúng tôi thực sự tin tưởng vào sự thành công và lợi ích Azimi nói.

    "Chúng tôi hiện đang tiến tới thương mại hóa phương pháp này để tăng mức độ sẵn sàng về công nghệ của nó. Bước tiếp theo của chúng tôi là hoàn thiện các mối quan hệ đối tác để xây dựng các cơ sở tái chế quy mô công nghiệp cho các nguồn tài nguyên thứ cấp. Nếu nó được kích hoạt, nó sẽ là một sự thay đổi cuộc chơi lớn."

    Zalo
    Hotline