Переработка или восстановление отработавших литий-ионных аккумуляторов в наше время становится одной из главных задач, стоящих перед новой энергетикой. В литературе выходит множество научных статей на эту тему, которые нужно как-то систематизировать и анализировать — в первую очередь, для выбора метода для масштабирования.

Авторы из ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии РАН при участии коллег из Санкт-Петербургского государственного университета и Университета Виргинии (США) предложили систему оценки технологий, которая более пригодна для отбора метода, чем литературный обзор и менее затратна по времени, чем технико-экономическое моделирование. Созданный в Черноголовке метод критериальных оценок технологий опубликован в журнале Energy & Environmental Materials.

По словам исследователей, научные обзорные статьи дают анализ различных публикаций, но не дают возможности корректно сравнить методы переработки, а технико-экономическое моделирование даёт возможность оценить пригодность и эффективность каждого метода для промышленного применения, но требует затрат времени и не позволяет быстро «обработать» много различных методов. В итоге нужна некоторая золотая середина, которую и создали подмосковные химики — метод критериальных оценок.

«На сегодняшний день выходит очень много публикаций о том, как перерабатывать литий-ионные аккумуляторы. Для анализа мы выбрали один катодный материал — литий-железофосфат, в отношении которого применялся только один вариант прямой переработки — релитирование, суть которого сводится к восстановлению содержания лития в деградированном катодном материале. В будущем мы планируем распространить наш метод анализа и на другие катодные материалы и подходы к их переработке», — говорит первый автор работы, научный сотрудник Лаборатории технологии материалов и устройств электрохимических источников энергии Центра компетенций «Новые и мобильные источники энергии» ФИЦ ПХФ и МХ РАН Евгений Белецкий.  

Как полагают авторы, различные технологии можно корректно сравнить друг с другом, опираясь на некоторые критерии или группы критериев.

В статье обосновано введение трёх групп критериев — экономическая группа, электрохимическая группа и группа по оценке влияния на окружающую среду.

Первая группа состоит из пяти критериев — стоимость, энергозатраты, затраты на оборудование и персонал, отношение объёма реакционной среды и количества релитируемого катодного материала и продолжительность процесса.

Электрохимические характеристики состоят из трёх критериев — мощностные характеристики, стабильность при циклировании и изменение ёмкости после релитирования (если методика позволяет восстановить ёмкость катода полностью, то она получает условные 100 баллов, если нет — пропорционально меньше).

Критерии влияния на окружающую среду упрощены до двух. Это углеродный след — то количество углекислого газа, которое будет выброшено в окружающую среду в самом процессе релитирования, и энергетическая составляющая — углеродный след от той энергии, которая потребляется на осуществление процесса релитирования. В итоге получается общее количество CO₂, выброшенное в окружающую среду для релитирования одного килограмма литий-железофосфата.

Для анализа авторы взяли около 50 работ, разделённых на четыре группы в зависимости от метода релитирования — спекание, гидротермальное, электрохимическое и химическое релитирование. По предлагаемым критериям они оценили как все группы, так и каждую статью по отдельности.

Оказалось, например, что лучшим циклическим ресурсом обладают материалы, релитированные электрохимическим методом, что было неочевидно. А лучшие мощностные характеристики демонстрируют материалы, релитированные гидротермальным методом. В целом анализ показал, что не существует идеального метода восстановления литий-железофосфатного электродного материала. Однозначно можно утверждать лишь то, что спекание как метод проигрывает всем остальным из-за высокой энергозатратности, что также приводит к увеличению выбросов СО₂.

«Мы впервые с цифрами в руках показали, что не существует идеальной методики релитирования. Более того, вероятнее всего, оптимальным будет комбинирование подходов, например — электрохимического релитирования и гидротермального», — резюмирует выводы работы Белецкий.

Источник: ФИЦ ПХФ и МХ РАН.