Проблема хранения добытой электроэнергии до сих пор не решена. Для этого используют аккумуляторные батареи (АКБ), их модификации и системы — в альтернативной энергетике, автономных, портативных мобильных устройствах, электротранспорте. К сожалению, время жизни АКБ ограничено, после чего их приходится утилизировать или искать способы повторного использования с минимальным ущербом для окружающей среды.
Свое решение предложил авто концерн Volkswagen (VW).
В январе 2021 Volkswagen (VW) запустил первый завод по переработке отработавших автомобильных аккумуляторов. Это очередной шаг к электромобильности, массовому производству электромобилей и их комплектующих.
Электроэнергия, необходимая для электромобилей сохраняется в многочисленных маленьких ячейках аккумуляторной батареи и модулях размером с коробку для обуви. Эти ячейки — ключевой компонент и сердце электромобилей. Но что происходит, когда батарея исчерпала свой ресурс?
«… наша цель — создать процесс в котором >90% любой нашей АКБ будет переработано… мы не хотим передавать этот процесс третьей стороне, на любой из стадий, но предпочли бы обучить наших работников, гарантируя их занятость в будущем… » — говорит Thomas Tiedje, глава технического планирования Volkswagen Component.
Только те АКБ, которые более невозможно использовать никаким образом, будут отправлены на переработку. Перед этим, модули, встроенные в систему АКБ, проверяют ее состояние, возможно ли дать АКБ «вторую жизнь», например, в системах мобильного хранения энергии, таких как гибкие станции быстрой зарядки или заряжающие роботы. Это значительно продлевает срок использования АКБ.
12 лет назад идея студента-докторанта Stella Konietzko вызвала некоторое изумление. Геолог хотела исследовать источники, из которых такие металлы, как литий, кобальт, сталь и алюминий могли бы быть сохранены для автоиндустрии и какую роль мог бы играть здесь VW-Group. Вместе с 10-ю другими партнерами технический университет Брауншвейга (TU Braunschweig) и Volkswagen Group разработали процесс переработки литий-ионных батарей и с 2009 по 2011 изучали его технико-экономическое обоснование. В итоге был разработан LithoRec process, который сейчас используется на заводе для переработки в г. Зальцгиттер (Salzgitter), Германия.
Как работает процесс переработки?
До сих пор для переработки АКБ использовался пирометаллургический процесс. Иными словами, АКБ попросту сжигались в доменной печи. Volkswagen Group Components впервые использовало механический процесс: как только АКБ попадает в переработку, в первую очередь, ее осушают и разбирают. Исходные материалы, такие как алюминиевые корпуса, медные кабели и пластик уже отобраны и возвращены в в производственный цикл.
Затем, модули АКБ разрушают, используя т.н. технологию защитой атмосферы и собирая жидкий электролит, превращают все в жидкую массу и затем, в гранулят. Он высыхает, проходит через различные сита и магнитный транспортер, всякий раз становясь более чистым. В процессе переработки получают т.н. «черный порошок», который содержит, помимо иных веществ, такие ценные элементы, как графит, литий, кобальт и никель. Партнерская компания из химической индустрии, затем, разделяет его на индивидуальные компоненты, используя гидрометаллургический процесс, используя воду и растворители.
Полученные элементы могут быть использованы как вторичный исходный материал для производства катодов новых АКБ — без всякой потери качества, по сравнению с новым исходным материалом.
Как работает ячейка АКБ?
Ячейка в АКБ — самая маленькая часть в системе АКБ, которая может сохранять и выделять энергию. В ячейке электрическая энергия превращается в химическую (заряжается) и наоборот (разряжается).
Основные компоненты — два электрода: анод и катод. Они отделены сепаратором, пропускающим ионы лития. Проводящая жидкость — электролит — окружает оба. В процессе заряда ионы лития мигрируют от катода к аноду и переносят электроны к катоду. В процессе, они проходят через сепаратор и подбирают электроны с анода. В процессе разряда ионы лития мигрируют обратно к катоду и ток разряда может быть использован для потребителей энергии. В настоящее время многие из этих ячеек используются в т.н. MEB системах батарей. Несколько ячеек соединены друг с другом, образуя модуль, а несколько модулей соединены друг с другом, образуют батарейную систему.