画期的な研究によりバッテリーのリサイクルがより経済的になる

バッテリーリサイクルの費用対効果を高めるにはどうすればよいでしょうか? ReCell センターの科学者たちは、その目標に向けて新たな一歩を踏み出しました。

による

発行済み

ジェイク・マルーリー著

リチウムイオン電池は、私たちの技術の現在と未来の原動力です。 これらは、スマートフォンやラップトップなどのポータブル電子機器や、人気が高まっている電気自動車 (EV) に電力を供給します。 しかし、特に自動車でのリチウムイオン電池の使用の増加は、それらをリサイクルする技術を上回っています。 現在、エネルギー省（DOE）のアルゴンヌ国立研究所に本部を置く国内初の先進的な電池リサイクル研究開発センターであるReCell Centerの科学者たちは、電池の製造を妨げる最大の障害の1つを取り除く極めて重要な発見を行った。リチウムイオン電池のリサイクルは経済的に実行可能です。

現在使用されているリサイクルプロセスにより、電池メーカーにとって価値の低い形で金属を回収できます。 巨大な問題が目前に迫っている。研究者らは、10年以内に毎年200万トンのEVの使用済みリチウムイオン電池が廃棄されると予測している。 使用済みの EV バッテリーの数は現在少ないですが、古いモデルの車両が耐用年数の終わりに達するにつれて、その数は大幅に増加しようとしています。また、現在のリサイクル インフラストラクチャはその流入に対応する準備ができていません。

「電池業界が、新しい電池に再利用するためにリサイクルされた正極材料を購入するつもりなら、純度を犠牲にするつもりはない。」 — ジェシカ・ダーラム、アルゴンヌ大学の材料科学者、研究論文の共著者

ReCell チームの一員であるミシガン工科大学 (MTU) の研究者は、電池の正に帯電した電極であるカソードを構成する貴重な材料を分離するための革新的なプロセスを開発しました。

アルゴンヌの材料工学研究施設の科学者たちは、MTU の革新的な分離プロセスを拡大し、EV バッテリーの大規模リサイクルへの道を切り開いています。 EV バッテリーの正極材料は自動車メーカーや製造年によって異なるため、リサイクル業者は、コバルト酸リチウム、酸化コバルトリチウムニッケルマンガンコバルト酸化物、酸化リチウムニッケルコバルトアルミニウム、リン酸鉄リチウムなどのリチウム金属酸化物の混合物を回収する必要があります。 — そして、それらの材料を再利用できるようにそれぞれを分離します。 かつては不可能だったその仕事が、突然実現可能に思えてきます。

バッテリーの正極材料を直接リサイクルして再利用することで、ループが閉じられます。 (画像提供：ReCell Center)

査読付き科学雑誌 Energy Technology に掲載された新しい論文の中で、MTU と ReCell の研究者らは、泡浮選と呼ばれる古いプロセスに新たな工夫を加えて個々の正極材料を分離する方法の発見について詳しく説明しています。

鉱石の分離と精製に鉱業で長年使用されてきた泡浮選法は、水をはじいて浮くか、水を吸収して沈むかに基づいて浮選タンク内の物質を分離します。 一般に、カソード材料は沈むため、互いに分離することが困難になります。 これは、ReCell チームが実験で使用した 2 つの一般的な EV バッテリーの正極材料であるリチウム ニッケル マンガン コバルト酸化物 (NMC111) とリチウム マンガン酸化物 (LMO) にも当てはまります。 研究者らが発見したのは、ターゲット材料を撥水させる化学薬品を導入することで、カソード材料の1つであるNMC111を浮かせることで分離が達成できるということだった。

カソード材料が分離されると、研究者らはテストを通じて、このプロセスが材料の電気化学的性能にほとんど影響を及ぼさないことを確認しました。 どちらも高い純度レベル (95 パーセント以上) を持っていました。

アルゴンヌ大学の材料科学者でこの研究の共著者であるジェシカ・ダーラム氏は、「これは非常に重要だ」と語る。 。」

この研究は、エネルギー消費量の少ない処理方法を推進し、化学構造を破壊することなくバッテリー部品を直接回収、再生、再利用する直接リサイクルのために貴重な材料を回収するという ReCell Center の使命と結びついています。 このセンターは、アルゴンヌ大学、DOE 国立再生可能エネルギー研究所、オークリッジ国立研究所、ミシガン工科大学、カリフォルニア大学サンディエゴ校、ウースター工科大学の共同研究によるものです。

ReCell の発見は、リチウムイオン電池のリサイクルコストの削減など、幅広い影響をもたらすことが期待されています。 使用済みリチウムイオン電池の収益性の高いリサイクル市場の成長を促進する。 生産者と消費者の両方にとってEVのコストを削減する。 米国が世界の電池リサイクル産業で競争できるようにする。 国内のリサイクル電池材料源の利用を増やすことで、米国のエネルギー自立を強化する。 そして米国の外国資源への依存を減らすこと。

しかし今のところ、ReCell Center チームは、経済的に実行可能なリチウムイオン電池の完全なリサイクル プロセスを段階的に構築することに重点を置いています。 そうして初めて、それは広く採用されるでしょう。

「このリサイクルを行うためにどのような方法が使用されるにせよ、リサイクル業者はそれから利益を得ることができなければなりません」とダーラム氏は言います。 「最終的にはプロセス全体が利益を生む必要があることを承知して、私たちは手順をまとめています。」

アルゴンヌ大学の他の研究共著者には、主任材料科学者であるアルバート・リプソン氏と博士研究員ハルカ・ピネガー氏が含まれます。

この研究と ReCell センターは、DOE のエネルギー効率および再生可能エネルギー局、車両技術局から資金提供を受けています。

EERE の使命は、遅くとも 2050 年までにアメリカを経済全体で温室効果ガス排出実質ゼロに公平に移行するための技術とソリューションの研究、開発、実証、導入を加速し、クリーン エネルギー経済がすべてのアメリカ人に利益をもたらし、良好な環境を生み出すことです。アメリカ国民、特にエネルギー転換の影響を受けている労働者と地域社会、そして歴史的にエネルギーシステムのサービスが十分に受けられておらず、公害で過剰な負担を抱えている労働者や地域社会に仕事を支払うことです。

画像提供：アルゴンヌ国立研究所。

記事の提供は米国エネルギー省 (DOE) のアルゴンヌ国立研究所です。

米国エネルギー省の使命は、革新的な科学技術ソリューションを通じてエネルギー、環境、原子力の課題に対処し、米国の安全と繁栄を確保することです。 もっと詳しく知る。

CleanTechnica で広告を出して、毎月何百万人もの読者にあなたの会社を知ってもらいましょう。

ある日、赤い州の労働権法が電気自動車メーカーを惹きつけ、脱炭素化を公共政策に定着させることになるとは誰も予想できなかったでしょう。

テスラは今年、インフレ抑制法の一部である連邦政府の生産クレジットで18億ドルの資格を得る予定だ。

課金していないストラタスには、課金しているストラタよりも少し安く販売されるユニットがあります

オーダーメイドの設計ソリューション、ニッチな化学製品、またはカスタム設計のバッテリーアセンブリを導入しようとする OEM は、誤った戦略的決定を下しています。