Дизайнът на клетките и опаковките контролира стратегията за рециклиране на батериите(снимка: CC0 Public Domain)
03 Ноември, 11:08 0 Предлагат въвеждане на разпоредби, които налагат разширена отговорност за производителите
„За да създадете кръгова икономика за всеки материал, е важно да имате малко компоненти, по-ниска цена за вторичния процес [рециклирането], отколкото първичния процес [извличането на суровини], проста схема за пречистване, стойностни компоненти и механизъм за събиране и сегрегация”, пишат изследователи от няколко института, които заедно са направили анализ по проблема.
Това са учени от университетите в Лестър, Нюкасъл и Бирмингам, от Института Фарадей, центъра ReCell и щатската Национална лаборатория в Аргон. Заедно те са изследвали дизайна на съвременните акумулатори и са са публикували своите открития в статия под заглавие „”.
Оловно-киселинни и литиево-йонни батерии
Оловно-киселинните батерии отговарят на всички конструктивни изисквания за лесно рециклиране, което навярно обяснява степента на събиране и преработка от близо 100% в Япония, САЩ и по-голямата част от Европа. Режимът на рециклиране позволява възстановяване на повече от 98% от общата маса на батериите.
Оловно-киселинните батерии имат опростен дизайн с полипропиленов корпус, еднакъв електролит и два електрода, изработени от олово и оловен оксид. Разделянето на компонентите по плътност е сравнително просто, като се има предвид, че оловото и полипропиленът имат стойности 11,3 и 0,9 g/cm3.
Сходните стойности на плътността на катодите и токосъбирачите в правят подобен подход невъзможен. Следователно литиево-йонните устройства изискват подходи като окислително-възстановителни реакции, разтваряне или използване на електростатичните и магнитните свойства за отделяне на материалите, от които са изградени клетките.
Липсата на етикети е друга значителна пречка за ефективно рециклиране. За разлика от оловно-киселинните батерии, литиевите устройства съдържат най-различни химикали и имат разнообразни архитектури – например NCA, NMC, LMO, LCO и LFP. Всички те могат да се комбинират по различни начини. Различна е и тяхната форма, преди да бъдат споени заедно в модули и комбинирани в цялостна опаковка.
Разходи и решения
Изследователската група казва, че няма глобални стандарти за етикиране на батериите, каквато са необходими, за да се посочи ясно съставът на устройството, така че да е възможна работата на рециклиращите организации. В резултат на това като обичайни методи за са се наложили хидрометалургията – която включва раздробяване и киселинно третиране – и пирометалургията, която е енергийно интензивен процес на топене преди киселинния етап. Хидрометалургията изисква предварителна обработка, разреждане и правилно разглобяване, а не просто „раздробяване”.
Разглобяването и всякаква предварителна обработка биха могли да се извършват от роботи, но само ако типът на батерията и архитектурата са стандартизирани и ясно обозначени, според авторите на доклада, анализиран от . Изследователите заявяват, че наскоро световният орган на автомобилни инженери SAE International препоръча схема за етикетиране. Има данни, че Китай – който си постави за цел да стане нулевовъглеродна икономика до 2060 г. – обмисля стандарти за етикетиране на литиевите устройства с цел рециклиране на батериите от електромобили.
Разликата в начина на подреждане на клетките и модулите в батерийните комплекти – понякога дори само при един производител – представлява още едно препятствие за рециклиращите организации. Оказва се, че литиево-йонните устройства са проектирани така, че да максимизират безопасността и дълголетието на клетките за сметка на възможността за рециклиране.
Колкото по-голям е броят на клетките, толкова по-нисък е делът на активните и ценни материали в теглото на батерията. Увеличеният брой клетки също така усложнява стъпките за отваряне и разделяне, което пък увеличава разходите за рециклиране. Едно електрическо превозно средство с батерия от 85 kWh съдържа 16 модула, всеки от които включва 444 клетки – това са 7 104 цилиндрични клетки във всяка кола. BMW i3 разполага с 96 призматични клетки; Nissan Leaf със 192 клетки тип „плочки”.
„Когато разглобяването е бавно и скъпо, единственият метод за рециклиране става пирометалургията, която е скъпа и неефективна”, пишат авторите на доклада. „Следователно рециклирането е в ситуация „Параграф 22”, където дизайнът на клетките и опаковките контролира стратегията за рециклиране”.
Ръчното разглобяване на пакетите и модулите за изваждане на отделните клетки е предпочитаният вариант за възстановяване на чистите материали, но отнема повече време от смилането. Такива закъснения се влошават от безбройните комбинации от дизайна на клетките и опаковките, които правят автоматизираното разглобяване практически непостижимо.
Авторите на статията предлагат стандартизиране на фиксиращите компоненти на най-външния слой от батериите и на подреждането на модулите и клетките. Това ще позволи да бъде преодолян . Опаковките могат да се затворят с винтове, щипкови механизми или други подобни – така че със стандартен инструмент да е възможен достъп до вътрешността с относителна лекота и без увреждане на вътрешните слоеве.
Твърди шини
Батериите могат да имат и твърди шини вместо гъвкавите кабели, които в момента се използват за свързване на модулите, казват изследователите. Такива структури ще позволят клетките да се свързват лесно – директно към шината. Съответно ще е по-лесно чрез роботи да се отделят клетките от шината за целите на рециклирането. Клетъчните компоненти могат да бъдат по-лесно достъпни и разделени с добавяне на някакъв вид точка на прекъсване или друг механизъм за отваряне.
Учените предлагат и да се съсредоточат върху „необратимите” в момента свързващи агенти, които се използват за закрепване на активните материали към полимерния слой в литиево-йонните устройства. Работата с конвенционални свързващи вещества повишава разходите за отделяне на катодните и анодните материали от полимера.
„Подходът на проектиране с мисъл за рециклирането често включва незначителни промени в продуктовите структури, но пък може да помогне за създаване на , връщайки суровините обратно в производствения процес при значително намалени разходи в сравнение с първичните суровини”, добавят авторите на доклада.
Перспективи
Изследователите казват, че разделянето на електродните материали може да доведе до многократно намаляване на цените в сравнение с набавянето на необработени материали. Коректното етикетиране, опростените архитектури, лесните механизми за отваряне и реверсивните лепила и свързващи вещества биха решили голямата част от проблемите с рециклирането на литиево-йонни батерии, пишат учените.
Академиците също така предлагат да се въведат разпоредби, които налагат . Последните трябва да имат задължението да вземат излезлите от употреба продукти. Това би ги подтикнало да възприемат подхода на проектирането с мисъл за рециклиране.

Български пенсионер хванал златната рибка и на въпроса ѝ какво иска казал: - Да си купя мерцедес от пенсията! Така си осигурил безсмъртие...
още вицове