Η μέθοδος θέρμανσης Joule με φλας δύο βημάτων ανακτά τα υλικά της μπαταρίας ιόντων λιθίου γρήγορα και καθαρά
Το υπόλειμμα μετά το FJH-Cl2. Credit: Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202517293 Μια ερευνητική ομάδα στο Πανεπιστήμιο Rice με επικεφαλής τον James Tour ανέπτυξε μια διαδικασία θέρμανσης-χλωρίωσης και οξείδωσης (FJH-ClO) δύο βημάτων flash Joule που διαχωρίζει γρήγορα το λίθιο και τα μέταλλα μετάπτωσης από τις χρησιμοποιημένες μπαταρίες ιόντων λιθίου. Η μέθοδος παρέχει μια εναλλακτική λύση χωρίς οξύ και εξοικονόμηση ενέργειας σε σχέση με τις συμβατικές τεχνικές ανακύκλωσης, μια σημαντική ανακάλυψη που ευθυγραμμίζεται με την αυξανόμενη παγκόσμια ζήτηση για μπαταρίες που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικά οχήματα και φορητές ηλεκτρονικές συσκευές. Δημοσιεύτηκε στο Advanced Materials, αυτή η έρευνα θα μπορούσε να μεταμορφώσει την ανάκτηση κρίσιμων υλικών μπαταρίας. Οι παραδοσιακές μέθοδοι ανακύκλωσης είναι συχνά ενεργοβόρες, παράγουν λύματα και συχνά απαιτούν σκληρά χημικά. Αντίθετα, η διαδικασία FJH-ClO επιτυγχάνει υψηλές αποδόσεις και καθαρότητα λιθίου, κοβαλτίου και γραφίτη, ενώ μειώνει την κατανάλωση ενέργειας, τη χρήση χημικών και το κόστος. «Σχεδιάσαμε τη διαδικασία FJH-ClO για να αμφισβητήσουμε την ιδέα ότι η ανακύκλωση μπαταριών πρέπει να βασίζεται στην έκπλυση με οξύ», δήλωσε ο Tour, καθηγητής Χημείας TT και WF Chao και καθηγητής επιστήμης υλικών και νανομηχανικής. “Το FJH-ClO είναι ένας γρήγορος και ακριβής τρόπος για να εξαγάγετε πολύτιμα υλικά χωρίς να τα καταστρέφετε ή να βλάπτετε το περιβάλλον.” Γρήγορη, ελεγχόμενη θέρμανση Η ταχεία αύξηση της χρήσης μπαταριών ιόντων λιθίου σε ηλεκτρικά οχήματα και ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης έχει εντείνει την ανάγκη για βιώσιμες τεχνολογίες ανακύκλωσης. Οι υπάρχουσες μέθοδοι ανακύκλωσης είναι συχνά δαπανηρές και αναποτελεσματικές, ενώ παράγουν σημαντικές ποσότητες λυμάτων. Για να αντιμετωπίσει αυτές τις προκλήσεις, η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια διαδικασία δύο σταδίων που χρησιμοποιεί σύντομες εκρήξεις θερμότητας και αέρα αντί για σκληρές χημικές ουσίες. Αρχικά, τα υλικά της μπαταρίας θερμαίνονται για λίγο με αέριο χλώριο, το οποίο τα διασπά. Στη συνέχεια, υποβάλλονται σε δεύτερη θέρμανση στον αέρα, μετατρέποντας τα περισσότερα μέταλλα σε μορφές που μπορούν να διαχωριστούν από το λίθιο. Επειδή το λίθιο δεν σχηματίζει οξείδιο τόσο εύκολα όσο άλλα μέταλλα, παραμένει σαν το χλωρίδιο, το οποίο μπορεί εύκολα να εξαχθεί χρησιμοποιώντας νερό. Οι προηγούμενες μέθοδοι απαιτούσαν μακροχρόνιες διαδικασίες και ισχυρά οξέα. Η προσέγγιση FJH-ClO, ωστόσο, χρησιμοποιεί γρήγορη, ελεγχόμενη θέρμανση και απλές αντιδράσεις για να κάνει τη διαδικασία διαχωρισμού καθαρότερη και ταχύτερη. Ολιστική ανάκτηση Δοκιμές έχουν δείξει ότι η νέα διαδικασία μπορεί να ανακτήσει σχεδόν όλα τα πολύτιμα υλικά από χρησιμοποιημένες μπαταρίες, συμπεριλαμβανομένων λιθίου, κοβαλτίου και γραφίτη, με υψηλή καθαρότητα. Οι πρώιμες αναλύσεις δείχνουν ότι ακόμη και σε μικρή κλίμακα, μπορεί να απαιτεί περίπου τη μισή ενέργεια, 95% λιγότερα χημικά και σημαντικά χαμηλότερο κόστος σε σύγκριση με τις υπάρχουσες μεθόδους. Αυτά τα αποτελέσματα καθιερώνουν μια επεκτάσιμη προσέγγιση χωρίς οξέα για την ολοκληρωμένη ανάκτηση υλικών μπαταριών ιόντων λιθίου, προσφέροντας περιβαλλοντικά και οικονομικά πλεονεκτήματα, θέτοντας παράλληλα ένα νέο πρότυπο για βιώσιμη ανακύκλωση μπαταριών. «Είναι ικανοποιητικό να βλέπεις μια διαδικασία που είναι και επιστημονικά ορθή και πρακτικά χρήσιμη», δήλωσε ο Shichen Xu, ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης και μεταδιδακτορικός ερευνητής της Rice. «Αυτή η ισορροπία είναι που κάνει δυνατή την επίδραση στον πραγματικό κόσμο». Μελλοντικές επιπτώσεις Αυτή η διαδικασία ανοίγει το δρόμο για μεγάλης κλίμακας εφαρμογή και ενσωμάτωση στην αλυσίδα εφοδιασμού μπαταριών. Παρέχει ένα θεμέλιο για την ανάκτηση πολύτιμων υλικών, ενώ μειώνει την ανάγκη για παρθένα εξόρυξη. Με τη διαδικασία FJH-ClO να έχει ήδη αποδειχθεί σε εργαστηριακή κλίμακα, οι ερευνητές σχεδιάζουν να κλιμακώσουν τη διαδικασία μέσω της εκκίνησης τους, Flash Metals US, τμήμα της Metallium Ltd. “Αυτό είναι κάτι περισσότερο από ένα απλό εργαστηριακό πείραμα”, είπε ο Tour. «Είναι ένα σχέδιο για το πώς η βιομηχανία μπορεί να καλύψει τη ζήτηση για υλικά μπαταριών χωρίς να καταπονήσει περαιτέρω τον πλανήτη». Οι συν-συγγραφείς αυτής της μελέτης περιλαμβάνουν τους Justin Sharp, Qiming Liu, Jaeho Shin, Haoxin Ye, Kaiwen Yang, Carter Kittrell, Haojie Zhu, Carolyn Teng, Bowen Li, Shihui Chen και Karla Silva από το Τμήμα Χημείας του Rice. Ralph Abdel Nour από το Applied Physics Program και το Smalley-Curl Institute. και Khalil JeBailey, Boris Yakobson και Yufeng Zhao από το Τμήμα Επιστήμης Υλικών και Νανομηχανικής του. Περισσότερες πληροφορίες: Shichen Xu et al, Holistic Recovery of Spent Lithium-Ion Batteries by Flash Joule Heating, Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202517293 Παρέχεται από Rice University Citation: Η μέθοδος θέρμανσης με φλας δύο βημάτων Joule ανακτά τα υλικά της μπαταρίας ιόντων λιθίου γρήγορα και καθαρά (2025, 17 Νοεμβρίου) που ανακτήθηκε στις 17 Νοεμβρίου 2025 από https://techxplore.com/news/2025-11-joule-method-recovers-lithiumion-battery.html Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από κάθε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς τη γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.
Δημοσιεύτηκε: 2025-11-17 20:41:00
πηγή: techxplore.com
