Вся информация на сайте предназначена только для специалистов кабельной отрасли, энергетики и электротехники.
+
 

Химики СПбГУ создали быстрый и эффективный способ переработки графитных анодов литий-ионных аккумуляторов

7 февраля 2023, 14:30 1381 Время чтения ≈ 6 мин

Ученые Санкт-Петербургского университета разработали энергоэффективный и быстрый способ переработки одного из главных элементов литий-ионных аккумуляторов — графитовых анодов.

Литий-ионные аккумуляторы сегодня используются в бытовой электронике, сотовых телефонах, ноутбуках, цифровых фотоаппаратах, видеокамерах и электромобилях. Переработка литий-ионных батарей (ЛИБ) или аккумуляторов приобретает все большее значение как в мире, так и в России. Растущий интерес к изучению способов такой переработки связан со стремлением снизить воздействие на окружающую среду, возможностью извлечения ценных металлов из отработанных батарей и восстановлением работоспособности катодных и анодных материалов. Все это, с одной стороны, позволит существенно уменьшить вредное воздействие на экологию, с другой — повторно использовать материалы, а значит, снизить затраты на производство техники. Поэтому сегодня ученые активно исследуют возможные методы повышения эффективности таких батарей и способы их переработки.

Результаты исследования опубликованы в химическом научном журнале Journal of Environmental Chemical Engineering.

Сегодня при производстве литий-ионных батарей широко используется графит. Сложность переработки этой углеродной структуры состоит в том, что часто на переработанном графите образуется нестабильный и неоднородный твердый электролитный слой, это приводит к разрушению структуры графита и его ускоренному старению. Ученые СПбГУ предложили новый способ переработки графитовых анодов, который позволит не только проводить его очистку быстрее, но и формировать на верхнем слое структуры оксид графена — проводимую и устойчивую к деградации структуру.

«Предложенный нами метод отличается своей простотой — это одностадийный и менее затратный способ переработки отработанных графитовых анодов с использованием плазменного разряда над поверхностью жидкости при диспергировании (измельчении в порошок) графита», — рассказал научный сотрудник кафедры электрохимии СПбГУ Евгений Белецкий.

При переработке сначала происходит отделение графитовой намазки от медного токопровода — для этого графитовые листы просто перемешивают в дистиллированной воде. Из-за реакции лития с водой начинается обильное выделение газа, пузырьки которого «отрывают» покрытие от меди. Полученную дисперсию промывают, центрифугируют, переносят в реактор и добавляют в нее раствор перекиси водорода. Затем при постоянном перемешивании обрабатывают электрическим разрядом до 1000 Вт в вакууме. Между рабочим электродом и поверхностью дисперсии возникает тлеющий разряд, сопровождающийся ультрафиолетовым излучением и ударными волнами. Под их действием происходит постепенное разложение перекиси водорода с образованием активных частиц, в особенности гидроксильных радикалов. Они взаимодействуют с поверхностью диспергированных частичек, вызывая окисление как их самих, так и продуктов разложения электролита на них, а ударные волны способствуют отделению продуктов окисления от частиц. В результате получается поверхностно модифицированный графит, сохраняющий внутреннюю структуру, что обеспечивает сохранение емкости заложенного производителем графита плюс некий ее прирост за счет поверхностных модификатов.

В работе использовались ресурсные центры «Нанотехнологии», «Оптические и лазерные методы исследования вещества», «Физические методы исследования поверхности», «Рентгенодифракционные методы исследования» Научного парка СПбГУ. Работа выполнена в рамках стипендии президента РФ № СП-1045.2022.1. «Плазмоэлектрохимическая переработка использованных электродных материалов литий-ионных аккумуляторов для повторного применения в энергозапасающих устройствах».

Потребление энергии при использовании данного метода составляет от 6,9 до 28 Вт·ч на 1 кг графита — это в несколько сотен раз меньше, чем в традиционных методах переработки (пирометаллургия и гидрометаллургия), при которых все же нельзя выделить анодный графит. При этом время переработки также значительно меньше — всего 30–60 минут.

Добиться такого результата удалось благодаря особенности электрического разряда в жидкости. При направлении электроразряда в используемый раствор перекиси водорода образуются гидроксильные радикалы — OH — с высоким окислительным потенциалом из-за его разложения. Подобрав оптимальные условия для переработки графита таким способом, можно удалить из него различные добавки и продукты разложения компонентов электролита, что позволит добиться наилучших электрохимических характеристик переработанного материала, превосходящих исходный графит.

Обсудить на форуме

Мы запустили подписку RusCable Плюс!

Это формат эксклюзивного экспертного контента, который будет доступен по подписной модели. Подписка - это личный выбор каждого!

Нашли ошибку? Выделите и нажмите Ctrl + Enter

Другие новости рубрики Наука
Нужен кабель? Оформи заявку бесплатно
Прямой эфир
+