리튬이온 양극에 새 생명이 번쩍이다

[아름이]

리튬이온 양극에 새 생명이 번쩍이다
빠른 '친환경' 공정으로 재사용을 위해 필수 배터리 부품 재생
날짜:
2022년 12월 12일
원천:
라이스 대학교
요약:
화학자들은 톤당 약 $118의 비용으로 소모된 리튬 이온 배터리에서 흑연 양극을 회수하기 위해 플래시 주울 가열을 사용합니다.

충전식 리튬 이온 배터리를 몇 개나 착용하고 있습니까? 귀하의 일반 주변에는 몇 개입니까?

아마도 몇 개 이상일 것입니다. 휴대폰, 시계, 컴퓨터, 자동차 등 현대 생활에 중요한 모든 것에 전원을 공급하는 데 적합합니다.

그러나 그들이 실패했을 때 그들이 어디로 가는지는 점점 커지는 문제입니다. Rice University 과학자들은 폐기물에서 그래핀을 생산하기 위해 개발한 고유한 "플래시" 줄 가열 공정에 의존하는 부분적인 솔루션을 가지고 있다고 믿고 있습니다.

화학자 제임스 투어(James Tour)의 라이스 연구실은 리튬 이온 배터리에서 발견되는 흑연 양극 재료를 빠르게 재생하여 반복해서 사용할 수 있도록 불순물을 제거하는 공정을 재구성했습니다.

연구실의 작업은 Advanced Materials에 나타납니다.

상용 배터리의 번쩍이는 분말 양극은 연구원들이 현재 두고 있는 "엄청난" 축적된 폐기물의 일부를 재활용합니다. 단 몇 초 만에 고에너지의 충격이 양극에서 리튬, 코발트, 니켈 및 망간을 포함한 무기염을 분해합니다. 이들은 묽은 염산으로 처리하여 회수할 수 있습니다.

2020년 그래핀용 플래시 공정을 도입한 투어는 "2026년 리튬이온 배터리 생산량은 2017년보다 5배 증가할 것으로 예상되며 현재 재활용되는 배터리는 5% 미만"이라고 말했다. 이러한 사용된 배터리는 처리되고 양극은 에너지를 위해 태워지거나 매립지로 보내지기 때문에 환경에 큰 부담이 됩니다.

"우리는 우리의 공정이 훨씬 더 환경적이고 경제적으로 친화적인 방식으로 중요한 금속을 회수하고 양극을 재조정할 수 있다고 주장하고 있습니다."라고 그는 계속했습니다.

연구소는 번쩍이는 양극이 리튬 이온을 전도할 뿐만 아니라 해로운 반응으로부터 양극을 절연시키는 고체-전해질 계면(SEI)을 저하시킨다고 보고했습니다.

그런 다음 플래싱은 고온 소성으로 알려진 시간 소모적이고 에너지 집약적인 공정에서 일반적으로 재활용되는 재료와 비교하여 향후 용량, 속도 성능 및 순환 안정성에 기여하는 이온 투과성 탄소 쉘로 나머지 흑연 입자를 코팅합니다.

연구소는 처리되지 않은 양극 폐기물 1톤을 재활용하는 데 약 118달러가 들 것으로 추정했습니다. 그들은 플래시 재활용 애노드가 화씨 32도에서 그램당 351milliAmp 시간의 회복된 비용량을 가지며, 처리되지 않거나 소성된 재활용 애노드의 속도 성능 및 전기화학적 안정성보다 우수함을 입증했습니다.

연구원들이 테스트한 재활용된 플래쉬 양극은 400번의 재충전 주기 후에 용량의 77% 이상을 유지했습니다.

"사용된 흑연 양극을 넘어 음극, 전해질 및 그 혼합물이 우리의 방법으로 효과적으로 재활용되거나 재생될 수 있다고 확신합니다."라고 이 연구의 수석 저자인 Rice 대학원생 Weiyin Chen은 말했습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/