Исследователи из Черноголовки предложили стандартизованную систему экспресс-оценки подходов к переработке литий-железофосфатных аккумуляторов в научной литературе

Переработка или восстановление отработанных литий-ионных аккумуляторов в наше время становится одной из главных задач, стоящих перед новой энергетикой. В литературе выходит множество научных статей на эту тему, которые нужно как-то систематизировать и анализировать – в первую очередь, для выбора метода для масштабирования. Авторы из ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии РАН предложили систему оценки технологий, которая более пригодна для отбора метода, чем литературный обзор и менее затратна по времени, чем технико-экономическое моделирование. Созданный в Черноголовке метод критериальных оценок технологий опубликован в журнале Energy & Environmental Materials.

По словам исследователей, научные обзорные статьи дают анализ различных статей, но не дают возможности корректно сравнить методы переработки, а технико-экономическое моделирование дает возможность оценить пригодность и эффективность каждого метода для промышленного применения, но крайне времязатратно и не позволяет быстро «обработать» много различных методов. В итоге нужна некоторая золотая середина, которую и создали подмосковные химики – метод критериальных оценок.

«На сегодняшний день выходит очень много публикаций о том, как перерабатывать литий-ионные аккумуляторы. Для анализа мы выбрали один катодный материал – литий-железофосфат, в отношении которого применялся только один вариант прямой переработки – релитирование, суть которого сводится к восстановлению содержания лития в деградированном катодном материале. В будущем мы планируем распространить наш метод анализа и на другие катодные материалы и подходы к их переработке», – говорит первый автор работы, научный сотрудник Лаборатории технологии материалов и устройств электрохимических источников энергии Центра компетенций «Новые и мобильные источники энергии» ФИЦ ПХФ и МХ РАН Евгений Белецкий.

Как полагают авторы, различные технологии можно корректно сравнить друг с другом, опираясь на некоторые критерии или группы критериев.

В статье обосновано введение трех групп критериев – экономическая группа, электрохимическая группа и группа по оценке влияния на окружающую среду.

Первая группа состоит из пяти критериев – стоимость, энергозатраты, затраты на оборудование и персонал, отношение объема реакционной среды и количества релитируемого катодного материала и продолжительность процесса.

Электрохимические характеристики состоят из трех критериев – мощностные характеристики, стабильность при циклировании и изменение ёмкости после релитирования (если методика позволяет восстановить ёмкость катода полностью, то она получает условные 100 баллов, если нет – пропорционально меньше).

Критерии влияния на окружающую среду упрощены до двух. Это углеродный след – то количество углекислого газа, которое будет выброшено в окружающую среду в самом процессе релитирования и энергетическая составляющая – углеродный след от той энергии, которая потребляется на осуществление процесса релитирования. В итоге получается общее количество CO2, выброшенное в окружающую среду для релитирования одного килограмма литий-железофосфата.

Для анализа авторы взяли около 50 работ, разделенных на четыре группы в зависимости от метода релитирования – спекание, гидротермальное, электрохимическое и химическое релитирование. По предлагаемым критериям они оценили как все группы, так и каждую статью по отдельности.

Оказалось, например, что лучшим циклическим ресурсом обладают материалы, релитрированные электрохимическим методом, что было весьма неочевидно. А лучшие мощностные характеристики демонстрируют материалы, релитированные гидротермальным методом. В целом анализ показал, что не существует идеального метода восстановления литий-железофосфатного электродного материала. Однозначно можно утверждать лишь то, что спекание как метод проигрывает всем остальным из-за высокой энергозатратности, что также отражается на увеличение выбросов СО2.

«Мы впервые с цифрами в руках показали, что не существует идеальной методики релитирования. Более того, вероятнее всего, оптимальным будет комбинирование подходов, например – электрохимического релитирования и гидротермального», – резюмирует выводы работы Белецкий.