Исследователи из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН разработали новые доступные технологии переработки современных литий-ионных аккумуляторов с использованием глубоких эвтектических растворителей с высокой селективностью. Впервые показана возможность применения этих альтернативных растворителей в реальных химико-технологических процессах. Результаты исследования опубликованы в журнале Processes.

В современном мире литий-ионные аккумуляторы – один из основных видов накопителей энергии. Вследствие стремительного роста производства и употребления литий-ионных аккумуляторов, возникает необходимость их переработки (рециклинга), поскольку такие батареи содержат большое количество ценных элементов (литий, кобальт, никель, марганец и др.), а также токсичных электролитов. Одним из наиболее перспективных подходов к переработке аккумуляторов является использование нового поколения растворителей ‒ так называемых глубоких эвтектических растворителей, обычно представляющих собой жидкую при комнатной температуре смесь двух органических веществ. Главным достоинством такого подхода является возможность тонкой настройки экстракционных свойств и, соответственно, разделения самых сложных смесей.

Химикам из ИОНХ РАН удалось реализовать на практике комплексный подход к синтезу, изучению свойств и применению глубоких эвтектических растворителей. Результаты работы прокомментировал один из авторов статьи, заведующий лабораторией теоретических основ химической технологии ИОНХ РАН, член-корреспондент РАН Андрей Вошкин: «Современные технологии переработки отработанных источников тока – это важнейшая составляющая сырьевой независимости государства, а также ключ к решению существующих и перспективных экологических проблем, имеющих большое социально-экономическое значение. Достоинство нашего подхода заключается в сочетании фундаментальных исследований и прикладных разработок. На первом этапе работы устанавливается элементный состав и определяются наиболее рациональные схемы переработки отработанных источников тока. Далее синтезируется глубокий эвтектический растворитель, обладающий требуемыми физико-химическими свойствами и заданной селективностью по отношению к основным компонентам аккумуляторов – кобальту, никелю, марганцу, литию и др. Следующим важным этапом является подбор оптимальных параметров переработки элементов аккумулятора с использованием модельных объектов, это позволяет существенным образом ускорить разработку технологии. В рамках нашего исследования было проведено выщелачивание металлов из реальных катодных материалов литий-ионных аккумуляторов. Затем впервые в лабораторном масштабе было реализовано полное экстракционное разделение всех металлов из полученных растворов выщелачивания с применением разработанных нами гидрофобных глубоких эвтектических растворителей на основе Aliquat 336, D2EHPA и L-ментола. После этого технологическая схема была реализована на исследовательском экстракционном оборудовании с отработкой режимов и условий процесса».

По результатам проведенной работы ученые предложили высокоэффективный химико-технологический процесс переработки катодных материалов литий-ионных аккумуляторов с использованием новых глубоких эвтектических растворителей и перспективных образцов серийного экстракционного оборудования. Данная разработка может быть использована на высокотехнологичных современных предприятиях по переработке отработанных источников тока.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 20-13-00387).

Источник: A.V. Kozhevnikova, I.V. Zinov’eva, Yu.A. Zakhodyaeva, V.B. Baranovskaya and A.A. Voshkin Application of hydrophobic deep eutectic solvents in extraction of metals from real solutions obtained by leaching cathodes from end-of-life Li-ion batteries // Processes. 2022. 10(12). 2671. DOI: 10.3390/pr10122671.