Дизайнът на клетките и опаковките контролира стратегията за рециклиране на

Дизайнът на клетките и опаковките управлява тактиката за преработване на батериите
(снимка: CC0 Public Domain)

С правянето с предизвикването за преработване на възходящите размери литиево-йонни акумулатори би трябвало да бъде решено още на стадия на планиране. Към днешна дата обаче производителите са се фокусирали повече върху сигурността, енергийната компактност и цикличността. Проектирането с мисъл за преработване не е на висока позиция в листата с цели на производителите на акумулатори. А е механически осъществимо и може да донесе големи изгоди.

„ За да създадете кръгова стопанска система за всеки материал, е значимо да имате малко съставни елементи, по-ниска цена за вторичния развой [рециклирането], в сравнение с първичния развой [извличането на суровини], елементарна скица за филтриране, стойностни съставни елементи и механизъм за събиране и сегрегация ”, пишат откриватели от няколко института, които дружно са създали разбор по казуса.

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 актуалните батерии и са са разгласили своите открития в публикация под заглавие „ ”.

Оловно-киселинни и литиево-йонни акумулатори

Оловно-киселинните акумулатори дават отговор на всички градивни условия за елементарно преработване, което вероятно изяснява степента на събиране и преправка от близо 100% в Япония, Съединени американски щати и по-голямата част от Европа. Режимът на преработване разрешава възобновяване на повече от 98% от общата маса на батериите.

Оловно-киселинните акумулатори имат банален дизайн с полипропиленов корпус, идентичен електролит и два електрода, направени от олово и оловен оксид. Разделянето на съставените елементи по компактност е относително просто, като се има поради, че оловото и полипропиленът имат стойности 11,3 и 0,9 g/cm3.

Сходните стойности на плътността на катодите и токосъбирачите в вършат сходен метод неосъществим. Следователно литиево-йонните устройства изискват подходи като окислително-възстановителни реакции, разтваряне или потребление на електростатичните и магнитните свойства за обособяване на материалите, от които са построени клетките.

Липсата на етикети е друга забележителна спънка за дейно преработване. За разлика от оловно-киселинните акумулатори, литиевите устройства съдържат най-различни химикали и имат разнородни архитектури – да вземем за пример NCA, NMC, LMO, LCO и LFP. Всички те могат да се комбинират по разнообразни способи. Различна е и тяхната форма, преди да бъдат споени дружно в модули и комбинирани в цялостна опаковка.

Разходи и решения

Изследователската група споделя, че няма световни стандарти за етикиране на батериите, каквато са нужни, с цел да се уточни ясно съставът на устройството, тъй че да е допустима работата на рециклиращите организации. В резултат на това като нормални способи за са се наложили хидрометалургията – която включва накъсване и киселинно отнасяне – и пирометалургията, която е енергийно натоварен развой на размразяване преди киселинния стадий. Хидрометалургията изисква предварителна обработка, разреждане и вярно демонтиране, а не просто „ накъсване ”.

Разглобяването и всякаква предварителна обработка биха могли да се правят от роботи, само че единствено в случай че видът на батерията и архитектурата са стандартизирани и ясно обозначени, съгласно създателите на отчета, оценен от. Изследователите декларират, че неотдавна международният орган на автомобилни инженери SAE International предложи скица за етикетиране. Има данни, че Китай – който си сложи за цел да стане нулевовъглеродна стопанска система до 2060 година – обмисля стандарти за етикетиране на литиевите устройства за преработване на батериите от електрически автомобили.

Разликата в метода на нареждане на клетките и модулите в батерийните комплекти – от време на време даже единствено при един производител – съставлява още едно затруднение за рециклиращите организации. Оказва се, че литиево-йонните устройства са проектирани по този начин, че да максимизират сигурността и дълголетието на клетките за сметка на опцията за преработване.

Колкото по-голям е броят на клетките, толкоз по-нисък е делът на дейните и скъпи материали в тежестта на батерията. Увеличеният брой кафези също по този начин усложнява стъпките за отваряне и делене, което пък усилва разноските за преработване. Едно електрическо транспортно средство с батерия от 85 kWh съдържа 16 модула, всеки от които включва 444 кафези – това са 7 104 цилиндрични кафези във всяка кола. BMW i3 разполага с 96 призматични клетки; Nissan Leaf със 192 кафези вид „ плочки ”.

„ Когато разглобяването е постепенно и скъпо, единственият способ за преработване става пирометалургията, която е скъпа и неефективна ”, пишат създателите на отчета. „ Следователно преработването е в обстановка „ Параграф 22 ”, където дизайнът на клетките и опаковките управлява тактиката за преработване ”.

Ръчното демонтиране на пакетите и модулите за изваждане на обособените кафези е пожеланият вид за възобновяване на чистите материали, само че лишава повече време от смилането. Такива закъснения се утежняват от безбройните комбинации от дизайна на клетките и опаковките, които вършат автоматизираното демонтиране на практика непостижимо.

Авторите на публикацията оферират стандартизиране на фиксиращите съставни елементи на най-външния пласт от батериите и на подреждането на модулите и клетките. Това ще разреши да бъде преодолян. Опаковките могат да се затворят с винтове, щипкови механизми или други сходни – тъй че със общоприет инструмент да е вероятен достъп до вътрешността с относителна лекост и без увреждане на вътрешните пластове.

Твърди шини

Батериите могат да имат и твърди шини вместо гъвкавите кабели, които сега се употребяват за свързване на модулите, споделят откривателите. Такива структури ще разрешат клетките да се свързват елементарно – непосредствено към шината. Съответно ще е по-лесно посредством роботи да се отделят клетките от шината за задачите на преработването. Клетъчните съставни елементи могат да бъдат по-лесно налични и разграничени с прибавяне на някакъв тип точка на спиране или различен механизъм за отваряне.

Учените оферират и да се съсредоточат върху „ необратимите ” сега свързващи сътрудници, които се употребяват за закрепване на дейните материали към полимерния пласт в литиево-йонните устройства. Работата с стандартни свързващи субстанции покачва разноските за обособяване на катодните и анодните материали от полимера.

„ Подходът на планиране с мисъл за преработването постоянно включва незначителни промени в продуктовите структури, само че пък може да помогне за основаване на, връщайки суровините назад в индустриалния развой при доста понижени разноски спрямо първичните първични материали ”, прибавят създателите на отчета.

Перспективи

Изследователите споделят, че разделянето на електродните материали може да докара до неведнъж понижаване на цените спрямо набирането на необработени материали. Коректното етикетиране, опростените архитектури, лесните механизми за отваряне и реверсивните лепила и свързващи субстанции биха решили огромната част от проблемите с преработването на литиево-йонни акумулатори, пишат учените.

Академиците също по този начин оферират да се вкарат разпореждания, които постановат. Последните би трябвало да имат задължението да вземат излезлите от приложимост артикули. Това би ги подтикнало да възприемат метода на проектирането с мисъл за преработване.