Разряженные литиевые аккумуляторы: «ванна», которая возвращает до 95% емкости и снижает затраты на переработку на 56%

Разряженная батарея, в обычном рассказе, кажется почти объектом, достигшим конца своего срока службы. Её разбирают, разбивают, превращают в материал для переработки с помощью тепла, кислот и тяжёлых промышленных процессов. Однако внутри остаётся значительная часть её прежней задачи: истощённые электроды, да, но ещё узнаваемые, ещё структурированные, ещё достаточно целые, чтобы заслужить вторую возможность. Новый метод переработки литиевых батарей начинается именно оттуда — от менее жестокой идеи: рассматривать электроды как компоненты, которые можно починить, а не как пыль, которую нужно восстанавливать с нуля.

Техника называется DEER, акроним от direct electrode-to-electrode regeneration, и работает на литий-ионных батареях, достигших конца срока службы. Электроды остаются целыми и извлекаются и погружаются в отдельную камеру с электролитическим раствором на основе 1,3-диметил-2-imidazolidinone. Название лабораторного уровня, но эффект очень конкретный: растворяет образующийся между анодом и катодом во время циклов зарядки и разрядки изоляционный слой, что является одной из причин, почему батарея теряет ёмкость со временем. Исследование, опубликованное в Energy & Environmental Science, указывает на восстановление до 95% ёмкости и большую стабильность в последующих циклах.

Проблема именно во слое

В литий-ионных батареях старение напоминает патину, которая накапливается там, где химия работает сильнее. Этот слой, называемый интерфейсом электрод-электролит, растет с использованием и в итоге мешает прохождению ионов. Батарея заряжается хуже, отдаёт меньше, теряет автономность. Метод DEER пытается вмешаться именно в это препятствие, растворяя неактивные компоненты, не разрушая архитектуру электродов.

Разница с традиционной переработкой заключается именно здесь. Сегодня многие батареи подвергаются плавке при высоких температурах с пирометаллургическими процессами, либо измельчаются до так называемой черной массы, тёмной массы, богатой критическими материалами, которую затем обрабатывают химическими процессами, часто кислотами, чтобы вернуть такие металлы, как никель, кобальт, литий и медь. Это полезные, зрелые техники, уже внедрённые в промышленность. Однако они несут энергетическую, экологическую и экономическую цену. После добычи материалы необходимо рафинировать, повторно синтезировать, превратить обратно в компоненты для ячеек. Путь значительно удлиняется.

Меньше пыли, больше восстановления

Тема переработки литиевых батарей становится всё менее технической и всё более политической. Электромобили, бытовые аккумуляторы, системы для возобновляемой энергетики, портативная электроника: спрос на батареи растёт и вместе с ним растёт давление на литий, никель, кобальт, графит. Это материалы, добываемые в сложных цепочках поставок, часто сконцентрированных в нескольких странах, с экологическими и геополитическими издержками, которые трудно игнорировать. Каждая восстановленная батарея лучше означает меньше добычи сырья в другом месте и меньше отходов трудноподдающихся утилизации.

Европейский союз уже движется в этом направлении с более строгими правилами. Для литиевых батарей цели по эффективности переработки достигают 65% к концу 2025 года и поднимутся до 70% к 2030 году. Для извлечения материалов цели предусматривают к 2027 году 90% для кобальта, меди, свинца и никеля и 50% для лития; к 2031 году — 95% для кобальта, меди, свинца и никеля и 80% для лития. Фактически, использованная батарея всё чаще рассматривается как вторичный источник металлов, с обязательствами и точными цифрами.

В рамках этого контекста метод, способный регенерировать электроды без немедленного разрушения самого компонента, имел бы огромную ценность. Однако ключевое слово здесь остаётся «могло бы быть» (avrebbe). Следующий шаг — продемонстрировать работоспособность на промышленных батареях и на ячейках с более сложной формой деградации. До сих пор тесты проводились на образцах, чья степень сохранности примерно 70–80%, что является типичной для многих батарей электромобилей, считавшихся пригодными для автомобильного использования на стадии конца срока службы, но ещё далекими от худших случаев.

Служит ли вторая жизнь батарей действительно

Метод DEER пока не отменяет проблемы переработки батарей. Остаются сбор, безопасная разборка, разнообразие химикатов, стандартизация сборок, управление рисками пожаров, экономическая целесообразность на большом масштабе. Батарея для смартфона, батарея для самоката, батарея для электромобиля и батарея для стационарного накопителя принадлежат к одному семейству, но внутри они могут иметь геометрии, материалы и уровни деградации очень разные. Перевод технологии из лаборатории в промышленные установки означает подвержить её этой реальности: объёмы, сроки, затраты, безопасность, логистика.

Однако направление интересно, потому что меняет промышленный жест. Вместо предпосылки, что использованную батарею обязательно нужно измельчать, попытайтесь сохранить часть, которая ещё пригодна. Это изменение взгляда, которое на первый взгляд кажется незначительным. В цепочке поставок, которая годами думала линейно — добывай, производи, потребляй, выбрасывай — прямое восстановление электродов делает циркулярность менее декоративной и более конкретной.

Литиевые батареи будут продолжать стареть, терять ёмкость и достигать конца срока службы всё большим количеством. Разница будет зависеть от того, как их будут обрабатывать, когда они перестанут вращать автомобиль, накопитель или устройство. Разрушать их сразу будет становиться всё труднее оправдать, если существует хотя бы возможность починить то, что внутри ещё держится.

Вам также может быть интересно: