Қарапайым, тиімді, арзан және экологиялық таза әдіс сарқылған литий-ионды батареяларды (LIB) тұрақты түрде қайта өңдеудің жолын ұсына алады. NCM батареяларында кездесетін литий, никель, кобальт және марганец металдарының 99%-дан астамын ыдыратып, бөліп алу үшін лимон қышқылынан басқа ешқандай химиялық зат қажет емес. Бұл әдіспен алынған қайта өңделген материалды бірден NCM электродтарына айналдыруға болады, деп хабарлайды зерттеу тобы Angewandte Chemie журналында.
Смартфондардан бастап электр көліктеріне дейін литий-ионды батареялар күнделікті өміріміздің ажырамас бөлігіне айналған. Олар сондай-ақ жаңартылатын энергия көздеріне көшуіміздің маңызды компоненті болып табылады, өйткені артық күн және жел энергиясын сақтау және қажет болған жағдайда оны қайтадан энергетикалық жүйеге беру үшін қолданылады. Алайда бұл батареялардың басты кемшілігі – олардың қызмет ету мерзімінің шектеулі болуы, бұл көптеген жарамсыз LIB-тердің пайда болуына әкеледі. Бұл батареяларда қауіпті ауыр металдар мен басқа да зиянды материалдар бар. Сонымен қатар металдардың табиғи ресурстары да сарқылып келеді.
Қайта өңдеудің көптеген әдістері жоғары энергия тұтынумен, зиянды қалдықтармен және сапасыз материалды қолдануынан зардап шегеді. Кейбір әдістер көп химиялық заттарды, күрделі технологияны және шығынды қажет етеді, сондай-ақ улы газдар мен ағынды сулардың бөлінуіне әкеледі. Лимон қышқылы сияқты биологиялық үйлесімді қышқылдарды қолдану – бұл әдістерге балама әдіс. Бірақ дәстүрлі әдістер қышқылдың артық мөлшерін қажет етеді. Аммиак арқылы pH деңгейін тұрақты түрде реттеуді талап етеді, бұл экологиялық тұрғыдан тиімсіз.
Қытайдың Тау-кен және технология университеті, Фучжоу университеті, Пекин химиялық технология университеті және Цинхуа университетінің (Шэньчжэнь) ғалымдары Гуанмин Чжоу мен Жуйпин Людің басшылығымен лимон қышқылына негізделген жаңа әдісті ойлап тапты. Бұл әдіс арқылы NCM катодтарындағы металдарды ыдыратып, бөліп алу және қайта өңдеу жүзеге асырылады.
NCM дегеніміз не?
NCM – никель, кобальт және марганецтен тұратын аралас оксид, оның құрылымы қабатты. Литий иондары осы қабаттардың арасында орналасқан.
Жаңа әдістің ерекшелігі
Зерттеушілер лимон қышқылының артық мөлшерін пайдаланудың орнына, аз ғана мөлшерін қолданады. Осылайша, қышқылдың үш тобының тек екеуі ғана диссоциацияланады. Бұл процесте протондар литий-оттегі байланыстарын бұзып, литий иондарының ерітіндіге шығуына мүмкіндік береді. Металл иондары лимон қышқылының аниондарымен тұрақты кешендер түзеді.
Қышқылдың үшінші тобы молекуладағы гидроксил тобымен әрекеттеседі, нәтижесінде ішкі цикл құрылады. Бұл полиэстер түзу процесін жеңілдетеді, ал гель қатты бөлшектерге айналып, оңай бөлінеді. Бұл әдісте энергия шығыны мен CO2 эмиссиясы кәдімгі қайта өңдеу процестеріне қарағанда әлдеқайда аз. Соңында гельді қыздыру арқылы органикалық компоненттер жойылады, нәтижесінде литий иондары бар жаңа NCM қабаты пайда болады. Бұл материалды жоғары сапалы электрод ретінде пайдалануға болады.
Назым МАЛИККЫЗЫ