Переработка или восстановление отработанных литий-ионных аккумуляторов в наше время стали очень важной задачей. Ежегодно выходит множество научных статей, посвященных этой теме. Их нужно как-то систематизировать и анализировать, в том числе чтобы найти удачный для масштабирования метод. Исследователи из ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН предложили систему оценки технологий, которая более пригодна для отбора метода, чем литературный обзор, и менее затратна по времени, чем технико-экономическое моделирование. Метод критериальных оценок технологий опубликован в журнале Energy & Environmental Materials.
По словам исследователей, научные обзорные статьи дают анализ различных статей, но не позволяют корректно сравнить методы переработки. Технико-экономическое моделирование помогает оценить пригодность и эффективность каждого метода для промышленного применения. Однако оно крайне времязатратно и не позволяет быстро «обработать» много различных методов. Нужен метод, который мог бы объединить преимущества существующих подходов.
Российские ученые для решения этой проблемы разработали 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 него 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», — рассказал 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 трех 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 объема реакционной среды и количества релитируемого катодного материала и продолжительность процесса.
Электрохимические характеристики состоят из трех критериев — мощностные характеристики, стабильность при циклировании и изменение емкости после релитирования (если методика позволяет восстановить емкость катода полностью, то она получает условные 100 баллов, если нет — пропорционально меньше).
Критерии влияния на окружающую среду упрощены до двух. Это углеродный след — 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, разделенных 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 весьма 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 отражается на увеличении 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.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
