Литиевые батареи являются первичными [ необходимы разъяснения ] батареями, в которых в качестве анода используется литий . Этот тип аккумулятора также называется литий-ионным аккумулятором [1] и чаще всего используется в электромобилях и электронике. [2] Первый тип литиевой батареи был создан британским химиком М. Стэнли Уиттингемом в начале 1970-х годов и использовал в качестве электродов титан и литий. К сожалению, применение этой батареи было ограничено высокой ценой на титан и неприятным запахом, возникающим в результате реакции. [3] Сегодняшняя литий-ионная батарея, созданная по образцу попытки Акиры Ёсино в Уиттингеме , была впервые разработана в 1985 году.
Физическая добыча лития и производство литий-ионных аккумуляторов являются трудоемкими процессами. Кроме того, большинство аккумуляторов не перерабатываются должным образом. [4]
Литий добывается в промышленных масштабах из трех основных источников: соляных рассолов, богатой литием глины и месторождений твердых пород. Каждый метод влечет за собой определенные неизбежные нарушения окружающей среды. Добыча рассола (особенно при использовании испарительных бассейнов для отделения лития от других веществ, присутствующих в соляной равнине) является особенно водоемким методом, при котором для производства одной метрической тонны лития используется около 500 000 галлонов воды. [5] В Чили , [6] второй по величине производитель лития в мире, две действующие шахты страны, которыми управляют SQM и Albemarle, расположены на соляной равнине Салар-де-Атакама в пустыне Атакама. [7] Хотя некоторые группы и отдельные лица среди местного сообщества выражают обеспокоенность по поводу воздействия добычи лития на региональные источники воды, обе корпорации оспаривают эти утверждения, утверждая, что рассол, используемый в процессе добычи, отличается от других из-за его повышенной солености. из пресноводных систем, от которых зависят местные сообщества. Существует сложный разрыв между местными сообществами и внутри них: некоторые принимают выплаты от горнодобывающих корпораций и принимают участие в их инициативах по развитию сообществ, в то время как другие либо игнорируются такими программами, либо отказываются от предложений корпораций из-за их вышеупомянутых экологических проблем. [8] [9] В Тагонге, небольшом городке в Гарзе-Тибетской автономной префектуре Китая, есть записи о мертвой рыбе и крупных животных, плавающих в некоторых реках возле тибетских рудников. После дальнейшего расследования исследователи обнаружили, что это могло быть вызвано утечкой испарительных бассейнов, которые находились месяцами, а иногда даже годами. [10]
Литий-ионные батареи содержат такие металлы, как кобальт, никель и марганец, которые токсичны и могут загрязнять водные ресурсы и экосистемы, если вымываются со свалок. [11] Кроме того, пожары на свалках или предприятиях по переработке аккумуляторов объясняются неправильной утилизацией литий-ионных аккумуляторов. [12] В результате в некоторых юрисдикциях литий-ионные батареи подлежат переработке. [13] Несмотря на экологические издержки неправильной утилизации литий-ионных батарей, уровень переработки по-прежнему относительно низок, поскольку процессы переработки остаются дорогостоящими и неразвитыми. [14]
Хотя литий-ионные батареи можно использовать как часть устойчивого решения, перевод всех устройств, работающих на ископаемом топливе, на литиевые батареи может быть не лучшим вариантом для Земли. Дефицита пока нет, но это природный ресурс, который может быть истощен. [15] По данным исследователей Volkswagen, осталось около 14 миллионов тонн лития, что в 165 раз превышает объём производства в 2018 году. [16]
У EPA есть рекомендации по переработке литиевых батарей в США. Существуют разные процессы для одноразовых или перезаряжаемых батарей, поэтому рекомендуется сдавать батареи всех размеров в специальные центры по переработке. Это позволит сделать более безопасным процесс разрушения отдельных металлов, которые можно будет утилизировать для дальнейшего использования. [17]
В настоящее время существует три основных метода переработки литий-ионных аккумуляторов:
Процессы пирометаллургического восстановления включают пиролиз, сжигание, обжиг и плавку. В настоящее время большинство традиционных промышленных процессов не способны восстанавливать литий. Основной процесс заключается в извлечении других металлов, включая кобальт, никель и медь. Эффективность переработки материалов и использования капитальных ресурсов очень низкая. Существуют высокие потребности в энергии, а также механизмы очистки газа, которые позволят производить меньший объем побочных газовых продуктов. [18]
Гидрометаллургия – это применение водного раствора для извлечения металла из руд. Его обычно используют для восстановления меди. Этот метод использовался для других металлов, чтобы помочь устранить проблему побочных продуктов диоксида серы, которую вызывает более традиционная плавка. [19]
Хотя переработка и является возможным вариантом, она по-прежнему обходится дороже, чем добыча самой руды. [20] С ростом спроса на литий-ионные аккумуляторы необходимость в более эффективной программе переработки становится пагубной, поскольку многие компании стремятся найти наиболее эффективный метод. Одна из наиболее актуальных проблем заключается в том, что при производстве аккумуляторов переработка не считается приоритетом проектирования. [21]
Литий-ионные аккумуляторы имеют множество применений, поскольку они легкие, перезаряжаемые и компактные. В основном они используются в электромобилях и портативной электронике, но также все чаще используются в военной и аэрокосмической промышленности. [22]
Основной отраслью промышленности и источником литий-ионных аккумуляторов являются электромобили (EV). В последние годы наблюдается огромный рост продаж электромобилей: по состоянию на 2019 год на более чем 90% всех мировых автомобильных рынков действуют стимулы для электромобилей. [23] Благодаря этому увеличению продаж электромобилей и их продолжающимся продажам мы можем увидеть значительное улучшение воздействия на окружающую среду за счет уменьшения зависимости от ископаемого топлива . [24] Недавние исследования посвящены различным вариантам использования переработанных литий-ионных аккумуляторов, особенно из электромобилей. В частности, вторичное использование литий-ионных аккумуляторов, переработанных из электромобилей для вторичного использования в целях снижения пиковой нагрузки в Китае, оказалось эффективным для сетевых компаний. [25] Учитывая экологические угрозы, которые представляют собой отработанные литий-ионные батареи, а также будущие риски поставок компонентов аккумуляторов для электромобилей, необходимо рассмотреть вопрос о восстановлении литиевых батарей. На основе модели EverBatt в Китае было проведено испытание, в результате которого был сделан вывод, что восстановление литий-ионных батарей будет экономически эффективным только в том случае, если закупочная цена отработанных батарей остается низкой. Переработка также принесет значительные выгоды с точки зрения воздействия на окружающую среду. Что касается сокращения выбросов парниковых газов, мы видим сокращение общих выбросов парниковых газов на 6,62% за счет восстановления производства. [26]