RWTH Aachen хочет установить новые стандарты в переработке аккумуляторов с помощью исследовательского проекта «Circulation.IN.NRW». Кафедра «Производство компонентов электромобилей» (PEM) вместе с промышленными партнерами исследует, как в будущем литий-ионные аккумуляторные элементы можно будет производить в основном из переработанных материалов. Проект финансируется Министерством окружающей среды земли Северный Рейн-Вестфалия, которое хочет способствовать развитию функционирующей экономики замкнутого цикла для аккумуляторов. Цель состоит в том, чтобы произвести и проанализировать клетки, содержание материала которых состоит более чем на 80 процентов из переработанных материалов — значение, которое еще не достигнуто.
Чтобы это стало возможным, по всей цепочке создания стоимости необходимо выбирать поставщиков и процессы, которые одновременно отвечают техническим требованиям к материалам аккумуляторов и улучшают баланс CO₂. Профессор Ахим Кампкер, глава PEM, объясняет: «Многоразовые компоненты литий-ионных аккумуляторов до сих пор рассматривались только индивидуально и не проверялись на предмет их фактического взаимодействия в новых батареях». Проект призван закрыть именно этот пробел. Предыстория ясна: Регламент ЕС по батареям предписывает минимальные квоты переработанных материалов для будущих батарей. Без возвращения этих веществ в производственный цикл европейские цели вряд ли могут быть достигнуты, подчеркивает Кампкер.
Несмотря на достигнутый прогресс, отрасль сталкивается с серьезными проблемами. Хотя мировая аккумуляторная промышленность уже использует частично переработанные соли металлов, такие как сульфат никеля и кобальта или гидроксид лития, поведение этих материалов в новых элементах еще не до конца изучено. Профессор Хайнер Хаймс из руководства PEM отмечает, что такие факторы, как старение, безопасность и химическая чистота, до сих пор исследованы недостаточно. Эта неопределенность затрудняет разработку стабильных и мощных батарей из вторичного сырья.
Переработанные анодные материалы создают проблемы для аккумуляторной промышленности
Особенно сложная область касается материала анода — графита. Вторичный графит считается технически сложным и экономически непривлекательным. Причиной являются структурные изменения активного материала в конце срока его службы, а также загрязнение остатками связующего. «Переработка перерабатываемого графита в настоящее время значительно дороже, чем использование первичных ресурсов», — объясняет Хаймс. Это означает, что графит остается слабым звеном в цепочке переработки – камнем преткновения, поскольку он играет центральную роль в каждой литий-ионной батарее.
Но решающее значение имеют не только активные материалы, такие как катоды и аноды. Так называемые неактивные компоненты, в том числе алюминиевая и медная фольга, сепараторы и электролиты, также оказывают существенное влияние на успех переработки. Этими компонентами до сих пор часто пренебрегали, хотя они важны для замкнутого материального цикла. Кампкер отмечает, что экологичная переработка материалов может быть достигнута только в том случае, если будут приняты во внимание все компоненты батареи. В настоящее время исследования в основном сосредоточены на ценных металлах, которые составляют около 70 процентов батареи.
В рамках проекта «Circulation.IN.NRW» теперь предстоит разработать масштабируемый технологический маршрут, включающий все необходимые материалы. При этом участники проекта хотят показать, что аккумуляторные элементы с высокой долей вторичной переработки не только теоретически возможны, но и могут быть реализованы в промышленности. Команда проекта изучает, как качество переработанных материалов влияет на производительность, срок службы и безопасность новых батарей. Необходимо также ответить на вопросы экономической эффективности и масштабируемости. В долгосрочной перспективе полученные результаты должны способствовать созданию эффективной экономики замкнутого цикла для аккумуляторов в Германии и Европе.
Источник: RWTH Ахен — «Circulation.IN.NRW»: PEM исследует аккумуляторные элементы с высокой долей переработанных материалов / RWTH Ахен — PEM исследует функцию аккумуляторных элементов с высокой долей переработанных материалов.
