元々はアイダホ国立研究所で公開されました
INL Communications＆OutreachのHankHoganによる
リチウムイオン電池は、消費者向けおよび産業用電子機器に革命をもたらし、炭素排出量の少ないワイヤレスの未来への道を開きました。
それでも、携帯電話から電気自動車に至るまで、あらゆるものに対応する軽量で充電可能なエネルギー源には、環境に関する大きな課題が1つあります。バッテリーが役に立たなくなったら、どのように廃棄するのでしょうか。
単に埋め立て地に捨てるのは危険で無駄です。ブルドーザーが土や破片を動かしながらバッテリーの上を走ると、火災が発生する可能性があります。さらに、電池切れには、コバルト、リチウム、マンガンなどの貴重な元素が、市販の鉱石よりも高濃度で含まれています。
したがって、リサイクルは潜在的に大きなビジネスになる可能性があり、電気自動車のフリートとともに成長します。専門家によると、2040年までに、世界中で5億台の電気乗用車が道路上に存在するようになるとのことです（予測される乗用車のほぼ3分の1）。それまでに、使用済みリチウムイオン電池の原材料の価値は、2020年の約3億ドルから、2025年までに11億ドル、2040年までに約240億ドルに増加するでしょう。
熱と化学物質の少ないリサイクル
これらの増大する課題と機会に照らして、アイダホ国立研究所（INL）は、リチウムイオン電池のリサイクルをより簡単に、より効率的に、そして潜在的に環境に優しいものにすることを目指しています。これらの取り組みの有望な結果は、最近、ジャーナルResources、Conservation andRecyclingに掲載されました。
リサイクルは、信頼できない可能性のある新素材の供給源に依存する必要性を減らすことにより、電池メーカーのサプライチェーンを強化することができます。そのため、この研究はエネルギー省の重要材料研究所によって資金提供されました。この研究所の目標の1つは、一部は再利用とリサイクルを通じて、重要なエネルギー材料の供給を多様化することです。
日産リーフバッテリー、2014年日産提供
現在、リチウムイオン電池の推定5％しかリサイクルされていません。つまり、INLのスタッフ科学者で紙の共著者であるTedd Listerによると、プロセスは部分的に手動であり、高温および腐食性化学物質を含み、非効率的であるため、ある程度です。
彼らの論文の中で、研究者たちは、バッテリーのリサイクルに対する別のアプローチの原理実証を報告しました。これは、室温で機能し、化学物質の使用を大幅に削減するものです。
リチウムサプライチェーン–リチウム鉱山から工場への貿易フローの分析。
2017年10月11日、ジュール1、229〜243のグラフのクレジット。
新しいプロセスは電気化学的である、とリスターは言いました。したがって、熱の代わりに、エネルギーは電気から来ます。電気は、コバルト、リチウム、マンガン、およびその他の材料をバッテリーから浸出させる反応に電力を供給します。研究者たちは、側面が数インチで、拾うのに十分小さいセルでアプローチを示しました。
科学者たちは、オハイオ州ランカスターのRetriev Technologiesから供給された材料を使用して、細断されたリチウムイオン電池から始めました。バッテリーのリサイクルおよび管理会社であるRetrievも、金属分離に使用される化学物質を供給したブリュッセルを拠点とする会社であるSolvayと同様に、この調査に参加しました。
電気化学的プロセスを開発した後、科学者はそれをテストし、高いリサイクル回収率を達成できることを発見しました。彼らは、抽出されたコバルト、リチウム、マンガン、ニッケルに関して96％以上の効率を報告しました。これらは、単一の出力ストリームでプロセスを終了します。対照的に、銅（商業的価値の高い金属）は陰極に堆積し、下流の分離プロセスを簡素化します。
予備的なコスト分析では、現在のリサイクル技術と比較して、エネルギーと化学物質のコストが約80％削減されていることが示されました。
将来の計画には、浸出プロセスの出力をコバルト、リチウム、マンガン、ニッケルに分離するための電気化学的手順の開発が含まれます。チームはまた、残っており、リサイクルできる可能性のある別の重要な材料であるグラファイトの再利用も模索しています。
次に、浸出と分離の両方のプロセスを、産業環境で役立つサイズにスケールアップする必要があります。この取り組みの一環として、パラメータを微調整してパフォーマンスと効率を向上させることにより、浸出と分離のプロセスを最適化することが含まれます。プロジェクトパートナーのRetrievに加えて、INLの科学者は、これらの次のステップで商用パートナーと協力することに関心を持っています。
最後に、このタイプのバッテリーのリサイクルは、公益事業規模の発電所で発生することがある余剰エネルギーを利用する可能性があります。
「あなたはエネルギーを使って、後でエネルギーを生み出すために使われる製品を作っています」と、論文の筆頭著者であり、INL電気化学エンジニア/科学者であるルイスディアスアルダナは述べています。
元々はに公開されました アイダホ国立研究所
米国エネルギー省による注目の画像。