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Sommario
La tecnologia delle batterie al litio ferro fosfato ha fatto una svolta
1. Problemi di inquinamento dopo il riciclaggio del fosfato di ferro e litio
Il mercato del riciclo delle batterie elettriche è enorme e, secondo gli istituti di ricerca competenti, si prevede che il totale cumulativo delle batterie elettriche dismesse in Cina raggiungerà i 137,4 MWh entro il 2025.
Prendendo batterie al litio ferro fosfato Ad esempio, esistono principalmente due modi per riciclare e utilizzare le batterie dismesse: uno è l'utilizzo a cascata e l'altro è lo smantellamento e il riciclaggio.
L'utilizzo a cascata si riferisce all'impiego di batterie al litio ferro fosfato con capacità residua compresa tra 30% e 80% dopo lo smontaggio e la ricombinazione, e alla loro applicazione in aree a bassa densità energetica come l'accumulo di energia.
Smantellamento e riciclaggio, come suggerisce il nome, si riferiscono allo smantellamento delle batterie al litio ferro fosfato quando la capacità residua è inferiore a 30% e al recupero delle loro materie prime, come litio, fosforo e ferro nell'elettrodo positivo.
Lo smantellamento e il riciclaggio delle batterie agli ioni di litio possono ridurre l'estrazione di nuove materie prime, salvaguardando l'ambiente, e hanno anche un grande valore economico, riducendo notevolmente i costi di estrazione, di produzione, di manodopera e di configurazione della linea di produzione.
L'obiettivo principale dello smantellamento e del riciclo delle batterie agli ioni di litio consiste principalmente nelle seguenti fasi: innanzitutto, la raccolta e la classificazione delle batterie al litio esauste, quindi lo smantellamento delle batterie e, infine, la separazione e la raffinazione dei metalli. Dopo l'operazione, i metalli e i materiali recuperati possono essere utilizzati per la produzione di nuove batterie o altri prodotti, con un notevole risparmio sui costi.
Tuttavia, ora anche un gruppo di aziende di riciclaggio di batterie, come la filiale di Ningde Times Holding Co., Ltd., Guangdong Bangpu Circular Technology Co., Ltd., si trovano ad affrontare una questione spinosa: il riciclaggio delle batterie produrrà sottoprodotti tossici ed emetterà inquinanti nocivi. Il mercato necessita urgentemente di nuove tecnologie per ridurre l'inquinamento e la tossicità del riciclaggio delle batterie.
2. LBNL ha trovato nuovi materiali per risolvere i problemi di inquinamento derivanti dal riciclaggio delle batterie.
Di recente, il Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) negli Stati Uniti ha annunciato di aver scoperto un nuovo materiale in grado di riciclare le batterie agli ioni di litio usate utilizzando solo acqua.
Il Lawrence Berkeley National Laboratory è stato fondato nel 1931 ed è gestito dall'Università della California per l'Ufficio Scientifico del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. Ha vinto 16 premi Nobel.
Il nuovo materiale inventato dal Lawrence Berkeley National Laboratory si chiama Quick-Release Binder. Le batterie agli ioni di litio realizzate con questo materiale sono facilmente riciclabili, ecologiche e atossiche. Devono solo essere smontate e immerse in acqua alcalina, quindi agitate delicatamente per separare gli elementi necessari. Successivamente, i metalli vengono filtrati dall'acqua ed essiccati.
Rispetto all'attuale riciclaggio degli ioni di litio, che prevede la frantumazione e la macinazione delle batterie, seguita dalla combustione per la separazione dei metalli e degli elementi, il nuovo materiale presenta una grave tossicità e scarse prestazioni ambientali. Il nuovo materiale, a confronto, è come il giorno e la notte.
Alla fine di settembre 2022, questa tecnologia è stata selezionata come una delle 100 tecnologie rivoluzionarie sviluppate a livello globale nel 2022 dagli R&D 100 Awards.
Come sappiamo, le batterie agli ioni di litio sono costituite da elettrodi positivi e negativi, un separatore, un elettrolita e materiali strutturali, ma non è ben noto il modo in cui questi componenti vengono combinati nelle batterie agli ioni di litio.
Nelle batterie agli ioni di litio, un materiale fondamentale che mantiene la struttura della batteria è l'adesivo.
Il nuovo legante a rilascio rapido scoperto dai ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory è composto da acido poliacrilico (PAA) e polietilenimmina (PEI), collegati da legami tra atomi di azoto caricati positivamente nel PEI e atomi di ossigeno caricati negativamente nel PAA.
Quando il legante a rilascio rapido viene immerso in acqua alcalina contenente idrossido di sodio (Na+OH-), gli ioni sodio penetrano improvvisamente nel sito adesivo, separando i due polimeri. I polimeri separati si dissolvono nel liquido, liberando eventuali componenti dell'elettrodo incastrati.
In termini di costi, quando utilizzato per produrre elettrodi positivi e negativi delle batterie al litio, il prezzo di questo adesivo è circa un decimo dei due più comunemente utilizzati
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