Norway is building a lithium-ion battery recovery factory battery recycling is imminent

Autorius: „Iflowpower“Nešiojamų elektrinių tiekėjas

Statoma Norvegijos ličio jonų baterijų perdirbimo gamykla, iš pradžių daugiausia dėmesio skiriant elektromobilių (EV) akumuliatoriams, tačiau bendrovės vadovas teigė, kad joje bus galima apdoroti ir stacionarių energijos kaupimo sistemų (ESS) baterijas. Gamykla bus atidaryta šiais metais vėliau, o jos metinis gamybos pajėgumas – 8 000 tonų elektromobilių baterijų modulių, kurią gamins Norvegijos medžiagų perdirbimo įmonė „Hydro“ ir būstinė Švedijos ličio baterijų gamybos pradinėje įmonėje Joint Venture Hydrovolt Construction. „Hydrovolt“ generalinis direktorius Frederikandresenas sakė, kad jo įmonė labai džiaugiasi „tinkamai pradėjusi“ atsinaujinančios energijos baterijų perdirbimo gamyklos statybas.

„Hydrovolt“ siekia atkurti kelių tipų ličio jonų baterijas. Partneriai HYDRO ir NORTHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHVOLT investavo 120 milijonų norvegų (1 394 mln. USD), kad pastatytų gamyklą su aukšto lygio automatizavimu, kurią būtų galima išlyginti ir klasifikuoti. „Hydrovolt“ taip pat laimėjo 43.

5 mln. Norvegijos lėšų iš Norvegijos vyriausybės Enova, kuri remia valymo energijos ir klimato programas. Akumuliatorių parūpins „BatteriRetur“, o „Batteriretur“ surinko ir perdirbo akumuliatorių iš Norvegijos, o gamykla turi gamyklą netoli Fredrikstado naujosios „Hydrovolt“ gamyklos. „BatteriRetur“ taip pat valdys gamyklą, o „Hydrovolt“ veikla bus „glaudžiai sujungta su „Hydro“ ir „Northvolt“: „Northvolt“ šiuo metu gamina baterijų gamybą, kai Švedijoje ir Vokietijoje stato dešimtis uostų, siekdama aptarnauti 25 % energijos gamybos Europoje.

Bendras ličio baterijų poreikis daugiausia apima automobilius, įskaitant stacionarius įrenginius. Tuo pačiu metu hidraulinės energijos gamybai jau daugiau nei 100 metų trąšų, aliuminio ir hidroenergijos bei kitose pramonės šakose. Hidroelektrinė atgaus ir pakartotinai panaudos akumuliatorių ir akumuliatorių grupės aliuminį, o „Hydrovolt“ sugers kobaltą, litį, manganą ir nikelį iš „juodojo bloko“, pagaminto naudojant šlapiąją metalurgiją.

Tada akumuliatoriaus gamintojas šias medžiagas panaudos pakartotinai arba parduos. Praėjusių metų pabaigoje pasirodė žinia, kad Japonijos elektronikos gamintojai „San Panasonic“ ir „Equinor“ (buvęs „Norwegian National Petroleum“) pasirašė susitarimo memorandumą įkurti „žaliųjų baterijų verslą“ Norvegijoje. Kita nauja įmonė „FreyRbattery“ siekia įkurti šalyje ličio baterijų superfabriką ir šiandien pranešė, kad Niujorko vertybinių popierių biržoje ieško specialios paskirties įsigijimo bendrovės (SPAC).

„Urban Mining“ yra labai svarbus tvariai akumuliatorių pramonei, Andresenas pasakoja „Energy-Storage.News“, Norvegija yra viena greičiausių šalių pasaulyje elektrinių transporto priemonių rinkoje, o „Hydrovolt“ „natūralu, kad prasideda nuo elektromobilių akumuliatoriaus ir modulio“. Andresenas sakė: „Norvegija bus viena iš pirmųjų EV baterijų, naudojančių pasibaigusią EV baterijų perdirbamų baterijų rinką.

Bet mes taip pat galime perdirbti baterijas iš ESS ir kitų programų, pavyzdžiui, perdirbti baterijas iš gabenimo skyriaus mūsų statybos objektuose, taip pat panaudosime turimą talpą iš kitų rinkų ir skyrių baterijoms įsigyti. "Andersonas sakė, kad žmonės tikisi akumuliatoriaus ir akumuliatoriaus perdirbimo energijos kaupimo sistemoje" Žinoma, laikui bėgant, žymiai augs. ir atvirkščiai.

Andersonas sakė: "Medžiagos, išgautos iš elektromobilių akumuliatorių, naudojamos kitiems tikslams. Tai taip pat mūsų tiriama sritis. Tai gali būti gryna atkūrimo medžiaga akumuliatorių gamybai arba gali būti pakartotinai panaudota tam tikriems akumuliatoriaus komponentams.

Norvegijoje buvo keletas pakartotinai panaudotų projektų, kur yra tam tikras potencialas. „HYDROVOLT“ generalinis direktorius teigė, kad ES priėmus naujus akumuliatorių reglamentus padidins atsakomybės jausmą ir Europos baterijų tiekimo grandinės skaidrumą, bus įdiegti tvarumo ir CO2 emisijos standartai, pagal kuriuos pakartotinai panaudojama bendra akumuliatoriaus vertė iš akumuliatoriaus. Galima derėtis.

Taikykite kitą. Jis teigė, kad reglamentas tam tikru mastu taip pat rems pakartotinį pakartotinį naudojimą. „Aplinkos požiūriu kasyba mieste yra labai svarbi siekiant užtikrinti, kad baterijoje naudojamos medžiagos vėl būtų panaudotos, o mūsų tikslas yra atlikti savo vaidmenį siekiant šio tikslo“, - sakė Andersonas.

Siekdamas, kad „Hydrovolt“ būtų „vieno langelio“ ličio jonų akumuliatoriaus parduotuvė, generalinis direktorius teigė, kad įrenginys gali būti pakartotas kitur ir „laikui bėgant jis tyrinės ir apsvarstys kitas vietas“. Labai džiaugiamės statydami atsinaujinančios energijos baterijų perdirbimo gamyklas. 2021 m. naudosime toliau tirdami, kaip teikiame paramą originalios įrangos gamintojams ir kitiems dalyviams, kad būtų pasiektas nekenksmingas anglies dioksido perdirbimas.

Tikimasi, kad komercinis ličio jonų baterijų perdirbimas, įskaitant pakartotinai supakuotas baterijas antram naudojimui, taps dideliu verslu, tačiau kol kas Li-cycle yra Kinijoje ir Jungtinėse Valstijose Ontarijuje, Kanadoje ir Niujorke. Vienintelė komercinė perdirbimo gamykla. Pietų Korėja.

Tuo pat metu Europos ličio baterijų gamybai praėjo kelios dienos, o ES patvirtina 2,9 mlrd. USD (3,5 mlrd. USD) nacionalinės pagalbos lėšas valstybėms narėms projektams savo šalyje remti.

Suomija ką tik paskelbė apie nacionalinę baterijų strategiją, skirtą naudoti jų teritorijoje turimas žaliavas. Akumuliatorių atkūrimo svarba Populiarėjant elektra varomoms transporto priemonėms, sprogstamosioms medžiagoms sparčiai daugėja ir yra krūva šių transporto priemonių ličio jonų akumuliatorių atliekų. Pramonės analitikai prognozuoja, kad iki 2020 metų Kinijoje bus pagaminta tik apie 500 000 tonų ličio jonų baterijų atliekų.

Iki 2030 metų pasaulis pasieks 2 mln. tonų per metus. Jei šiuo metu šių naudotų baterijų tvarkymo tendencijos išliks nepakitusios, net jei ličio jonų akumuliatorių galima atkurti, dauguma šių baterijų gali jas baigti. Šiose populiariose maitinimo dėžutėse yra vertingų metalų ir kitų medžiagų, kurias galima perdirbti, apdoroti ir pakartotinai panaudoti.

Tačiau šiandien labai mažai perdirbama. Pavyzdžiui, Australijos federalinės mokslo ir pramonės tyrimų organizacijos (CSIro) Naomij.Boxall duomenimis, Australijoje surenkama ir siunčiama perdirbti į užsienį tik 2–3% ličio jonų baterijų.

ES ir JAV atsigavimas (mažiau nei 5 proc.) nėra daug didesnis. „Ličio jonų baterijų atkūrimas nėra plačiai pripažinta praktika“, – sakė Lindal.gaines iš Agongo nacionalinės laboratorijos.

Gainesas yra medžiagų ir gyvavimo ciklo analizės ekspertas. Jis teigė, kad priežastys yra techninės ribos, ekonominės kliūtys, logistikos problemos ir reguliavimo spragos. Visos šios problemos tapo klasikine „vištienos ir kiaušinio“ problema.

Kadangi ličio jonų baterijų pramonėje trūksta didelio masto ekonomikos atsigavimo, baterijų tyrinėtojai ir gamintojai nesikreipė į perdirbamumo gerinimą. Vietoj to, jie yra įsipareigoję sumažinti išlaidas ir padidinti akumuliatoriaus veikimo laiką bei įkrovimo pajėgumus. Be to, kadangi mokslininkai padarė tik nedidelę pažangą tobulindami perdirbimą, pagaliau atgaunamos santykinai mažos ličio jonų baterijos.

Dauguma perdirbtų baterijų yra panašios į aukštos temperatūros lydymosi ir ekstrahavimo (arba lydymo) procesą, naudojamą kasybos pramonėje. Šios operacijos atliekamos dideliuose komerciniuose objektuose, tokiuose kaip Azija, Europa ir Kanada, kuriems reikia daug energijos. Šios gamyklos turi dideles statybos ir eksploatavimo išlaidas ir reikalauja pažangios įrangos, kad būtų galima tvarkyti lydymo proceso metu susidarančias kenksmingas emisijas.

Nors kaina yra didelė, šios gamyklos negali atgauti visų vertingų baterijų medžiagų. Kol kas didžioji dalis ličio jonų baterijų atkūrimą gerinančių darbų yra sutelkta palyginti nedidelėje akademinių tyrimų grupėje, šios tyrimų grupės dažniausiai yra nepriklausomos. Tačiau viskas pradėjo keistis.

Senstant elektromobiliams ir nenoriai nešiojamai elektroninei įrangai, greitai atsiras daug ličio baterijų atliekų, o nauja baterijų perdirbimo technologija bus komercializuota. Vis daugiau mokslininkų pradeda tyrinėti šią problemą, plečia magistrantūros studentų ir podoktorantūros grupes, gaunančias baterijų perdirbimo mokymus. Be to, kai kurie baterijų, gamybos ir perdirbimo ekspertai pradėjo kurti dideles, įvairiapuses partnerystes, kad išspręstų neatidėliotiną problemą.

Akumuliatorių perdirbimo baterijų ekspertai ir aplinkosaugininkai pateikia daugybę priežasčių, kodėl reikia atkurti ličio jonų baterijas. Perdirbtos medžiagos gali būti naudojamos naujoms baterijoms gaminti, taip sumažinant gamybos sąnaudas. Šiuo metu šioms medžiagoms reikia daugiau nei pusės baterijos sąnaudų.

Pastaraisiais metais dviejų labiausiai paplitusių katodinio metalo kobalto ir nikelio (brangiausių ingredientų) kainos svyruoja. Kobalto ir nikelio dabartinės rinkos kainos yra atitinkamai maždaug 27 500 USD už metrinę toną ir 12 600 USD už metrinę toną. 2018 m. kobalto kaina viršija 90 000 USD už metrą.

Daugelio tipų ličio jonų akumuliatoriuose šių metalų ir ličio bei mangano koncentracija viršija koncentraciją natūralioje rūdoje, todėl baterijos atliekos yra panašios į didelės koncentracijos rūdą. Jei šiuos metalus pavyks išgauti iš akumuliatoriaus atliekų brangiau ir ekonomiškiau nei natūrali rūda, akumuliatorių ir elektrinių transporto priemonių kaina sumažės. Be galimos ekonominės naudos, regeneravimas taip pat gali sumažinti į sąvartyną patenkančių medžiagų skaičių.

Kinijos mokslų akademijos taršos kontrolės ekspertas Sun Zhi teigė, kad baterijoje esantis kobaltas, nikelis, manganas ir kiti metalai gali lengvai nutekėti iš akumuliatoriaus išorinio korpuso, užteršti dirvožemį ir gruntinius vandenis, kelti grėsmę ekosistemoms ir žmonių sveikatai. Tas pats pasakytina apie fluorintas druskas (dažnai LiPF6) organiniame tirpiklyje, naudojamoje akumuliatoriaus elektrolituose. Baterija ne tik neigiamai paveiks tarnavimo laiką, bet ir gali turėti neigiamą poveikį aplinkai prieš pradedant gaminti bateriją.

Kaip ir Argono Geinsas, daugiau perdirbant sunaudojama mažiau žaliavų kasimo ir mažiau su tuo susijusių pavojų aplinkai. Pavyzdžiui, kasybai reikia metalo, kad būtų galima apdoroti metalo sulfido rūdą kai kuriems akumuliatoriams, o tai sunaudoja daug energijos ir išskiria SOX, kuris gali sukelti rūgštų lietų. Sumažinti priklausomybę nuo baterijų medžiagų taip pat gali sulėtinti šių žaliavų suvartojimas.

Gaineso ir Argonne'o kolegos naudoja skaičiavimo metodą šiai problemai tirti ir kaip modeliuoti, kaip auganti baterijų gamyba paveiks daugelio metalų geologinius išteklius 2050 m. Tyrėjai pripažįsta šias prognozes „sudėtingomis ir neapibrėžtomis“, tyrėjai nustatė pasaulines ličio atsargas. ir nikelio, kad išlaikytų spartų baterijų gamybos augimą. Tačiau baterijų gamyba gali sumažinti pasaulines kobalto atsargas daugiau nei 10%.

Ličio jonų baterijų perdirbimas taip pat gali padėti išspręsti politines išlaidas ir trūkumus. Remiantis CSIRO ataskaita, 50% pasaulio kobalto produkcijos gaunama iš Kongo Demokratinės Respublikos ir yra susijusi su ginkluotu konfliktu, neteisėta kasyba, žmogaus teisėmis ir žalinga aplinkosaugos praktika. Akumuliatoriaus perdirbimo katodas ir kobalto koncentraciją formuojantis katodas gali padėti sumažinti užsienio išteklių priklausomybę tokioms problemoms spręsti ir padidinti tiekimo grandinės saugumą.

Ličio jonų baterijų atkūrimo iššūkis yra kaip ekonominiai veiksniai, ir jie taip pat prieštarauja šiai priežasčiai. Pavyzdžiui, dideli žaliavų baterijų svyravimai sukėlė neapibrėžtumo perdirbimo ekonomikoje. Visų pirma, staigus kobalto kainų kritimas sukėlė žmonių abejones, palyginti su naujų baterijų gamyba, tai yra geras verslo pasirinkimas.

Iš esmės, jei kobalto kaina sumažės, regeneruotas kobaltas bus sunku konkuruoti kainomis ir kasyba, gamintojas rinksis kasybos medžiagą, o ne regeneraciją, taip priversdamas atgavimą stabdyti verslą. Įmonėms, kurios svarsto galimybę atkurti akumuliatorių, dar viena ilgalaikė finansinė problema yra kitų tipų akumuliatorių naudojimas, pvz., LIAIR arba kitų transporto priemonių varomų sistemų, tokių kaip vandenilio kuro elementai, per ateinančius kelerius metus pagrindinė vieta elektromobilių rinkoje. . Taip sumažinant regeneruotų ličio jonų baterijų poreikį.

Baterijos chemija taip pat apsunkina atkūrimą. Nuo 1990-ųjų, kai pasirodė Sony, mokslininkai ne kartą pakoregavo katodo sudedamąsias dalis, kad sumažintų išlaidas ir padidintų įkrovimo pajėgumą, tarnavimo laiką, įkrovimo laiką ir kitus veikimo parametrus. Kai kuriose ličio jonų baterijose naudojamas katodas, pagamintas iš ličio kobaltato (LCO).

Kiti ličio nikelio mangano kobalto oksidai (NMC), ličio nikelio-kobalto aliuminio oksidas, ličio geležies fosfatas ar kitos medžiagos. Be to, tarp gamintojo sudedamųjų dalių santykis tam tikro tipo katode (pvz.,

, NMC) gali labai skirtis. Dėl to ličio jonų akumuliatoriuje yra „įvairios nuolatinio tobulinimo medžiagų, kurias galima atkurti“, – sakė Honkongo politechnikos universiteto baterijų perdirbimo ekspertas Liang An. Gali reikėti klasifikuoti ir atskirti pagal sudedamąsias dalis. atitinka perdirbtų medžiagų pirkimo reikalavimus, todėl procesas tampa sudėtingesnis ir padidėja sąnaudos.

Akumuliatoriaus struktūra dar labiau apsunkina atkūrimo darbą. Ličio jonų akumuliatoriai yra kompaktiška, sudėtinga įranga, įvairių dydžių ir formų, jų negalima išardyti. Kiekvienoje baterijoje yra katodas, anodas, diafragma ir elektrolitas.

Katodas paprastai yra sudarytas iš elektrochemiškai aktyvių miltelių (LCO, NMC ir kt.) ir suodžių ir yra prijungtas prie aliuminio folijos koncentracijos polimero junginiu (pvz., polivinilideno fluoridu) (PVDF). Anodą paprastai sudaro grafitas, PVDF ir varinė folija.

Atskyriklis, skirtas izoliuoti elektrodą, kad būtų išvengta trumpojo jungimo, yra akyta plastikinė plėvelė, dažniausiai polietilenas arba polipropilenas. Elektrolitas paprastai yra LiPF6 tirpalas, ištirpintas etileno karbonato ir dimetilkarbonato mišinyje. Komponentai yra glaudžiai suvynioti arba sukrauti ir saugiai supakuoti į plastikinius arba aliuminio korpusus.

Dideliuose akumuliatorių paketuose, kurie tiekia energiją elektrinėms transporto priemonėms, gali būti tūkstančiai akumuliatorių, kurie spaudžia modulių paketus. Šiose pakuotėse taip pat yra jutiklių, saugos įrenginių ir baterijų valdymo grandinės – visa tai padidino sudėtingumą ir padidino išmontavimo bei atkūrimo išlaidas. Visi šie akumuliatoriaus komponentai ir medžiagos turi būti perdirbami perdirbant, kad būtų gauti vertingų metalų ir kitų medžiagų.

Akivaizdu, kad švino rūgšties automobilio akumuliatorių lengva išardyti, o šviną (apie 60% akumuliatoriaus svorio) galima greitai atskirti nuo kitų komponentų. Dėl to beveik 100 % šių baterijų švino atgaunama Jungtinėse Amerikos Valstijose, o tai gerokai viršija stiklo, popieriaus ir kitų medžiagų atkūrimo rodiklį. Šiame etape patobulinkite regeneravimo metodą, kelios didelės gaisrinės lydyklos atgauna ličio jonų baterijas.

Šie prietaisai paprastai naudojami 1500 ¡ã C temperatūroje, kuri gali būti regeneruojama deginant kobaltą, nikelį ir varį, bet negali atgauti ličio, aliuminio ar bet kokių organinių junginių. Šie įrenginiai reikalauja daug lėšų, iš dalies dėl to, kad reikia tvarkyti lydymosi metu išsiskiriančius toksiškus fluorezidus. Pavyzdžiui, Kinijoje yra komerciškai prieinama šlapioji metalurgija arba cheminis panardinimas, o tai yra alternatyva daug energijos vartojančioms alternatyvoms ir sumažina investicijų išlaidas.

Šie katodinių metalų išgavimas ir atskyrimas paprastai yra naudojami žemesnėje nei 100 ¡ã C temperatūroje, išskyrus kitus pereinamuosius metalus, taip pat galima atkurti litį ir varį. Vienas iš įprastų išplovimo metodų trūkumų yra tai, kad reikia naudoti korozinius reagentus, tokius kaip druskos rūgštis, azoto rūgštis, sieros rūgštis ir vandenilio peroksidas. Tyrėjai, atliekantys etaloninio masto tyrimą, nustatė galimus šių atkūrimo metodų patobulinimus, tačiau tik kelios įmonės buvo atkurtos taikant vidutinio testo skalės metodą.

Vankuveryje, Britų Kolumbijoje, JAV mangano gamykla paverčia 1 kg / h katodo atliekas į pirmtaką, gamintojas gali naudoti jas naujų katodinių medžiagų sintezei. Atliekos – tai nekvalifikuoti katodo milteliai, dekoracijos ir kitos atliekos, surinktos baterijos gamybos proceso metu. Bendrovės technologijų vadovas Zarkomenseldzija atliekas apibūdina kaip „žemas draperijas“, kurios yra patogios naudoti medžiaga, kurią galima naudoti eksperimentuose, siekiant išplėsti veikimo mastą ir pereiti prie tikrosios baterijos atliekų.

Jis paaiškino, kad įmonės procese katodo metalas nutekėja sieros dioksidu, yra druskos rūgšties arba vandenilio peroksido. Įmonės generalinis direktorius Ericas Glazas (Ericghas sakė, kad Vudsti mieste, Masačusetso valstijoje, akumuliatorių išteklių įmonėse veikia užsakyta gamykla, o gamyklos greitis yra maždaug 0,5 metrinės tonos per dieną ir aktyviai dirba, kad padidintų pajėgumą 10 kartų.

Daugelis perdirbimo metodų leis gauti įvairius monometalinius junginius, kuriuos reikia sujungti, kad būtų sukurtos naujos katodinės medžiagos. BatteryResourcer procesas nusodins nikelio, mangano ir kobalto hidroksido mišinius. Šis hibridinis metalo katodo pirmtakas supaprastina akumuliatoriaus paruošimą ir sumažina gamybos sąnaudas.

Tuo pačiu metu DOE „Recell“ komanda taiko vadinamąjį tiesioginio perdirbimo metodą, kad būtų galima atkurti ir pakartotinai panaudoti akumuliatorių medžiagas be brangaus apdorojimo. Vienas iš būdų reikalauja pašalinti elektrolitus su superkritiniu anglies dioksidu, tada susmulkinti akumuliatorių ir fiziškai atskirti komponentus, pavyzdžiui, pagal tankį. Iš esmės po šio paprasto proceso beveik visi komponentai gali būti naudojami pakartotinai.

Visų pirma, kadangi šis metodas nenaudoja rūgščių ar kitų dirginančių reagentų, katodo medžiagos morfologija ir kristalinė struktūra išlieka nepakitusi, o medžiaga išlaiko vertingas elektrochemines savybes. Gainesas teigė, kad norint įgyvendinti šį taupymo metodą, reikia daugiau dirbti. Birmingamo universitete Relib komandos nariai Alirezarastegarpanah sukūrė saugių, automatiškai valdomų ličio jonų baterijų robotų metodus.

Birmingamo universiteto Relib projekte vyriausiasis tyrėjas Paulas Andersonas teigė, kad tyrimų grupė rado akivaizdžią galimybę pagerinti baterijų atkūrimo ekonominį efektyvumą automatizuojant. Šiuo tikslu komanda kuria robotų procedūras, skirtas rūšiuoti, išardyti ir išgauti vertingas medžiagas iš ličio jonų baterijų. Birmingemo tyrinėtojas Allaunas Waltonas pridūrė, kad naudojant roboto įrangą akumuliatoriui išimti, būtų išvengta elektros ir cheminių sužalojimų.

Jis teigė, kad automatizavimas taip pat gali pagerinti akumuliatoriaus komponentų atskyrimą ir pagerinti jų grynumą bei vertę. Nors dauguma šių strategijų vis dar yra pradinėse kūrimo stadijose, jų paklausa auga. Šiuo metu į metalo laužą atiduotų elektromobilių akumuliatorių skaičius yra nedidelis, tačiau netrukus jų daugės.

Honkongo technologijos institutas teigė, kad daug kliūčių trukdė didelio masto perdirbimui, tačiau „galimybės visada yra susijusios su iššūkiais“. Atėjo laikas rėkti, rimtai žiūrėkite į perdirbtą ličio jonų akumuliatorių.