В Китае сконцентрированы грандиозные запасы редкоземельных металлов, которых могло бы хватить на несколько поколений производителей. Но другим странам требуется гораздо более умный подход, чтобы однажды не столкнуться с критическим дефицитом редкозёмов и не потерять свои производственные преимущества.
Многочисленные ученые в хорошо финансируемых университетах ищут способы создания так называемой «замкнутой аккумуляторной экономики».
Они понимают, что циклы современных батарей не бесконечны. Даже 10-летний гарантированный срок работы современного LiFePo4 аккумулятора однажды закончится. В масштабе экономики даже одной страны, 10 лет — очень небольшой период. Первые произведенные в мире электромобили, оснащенные LFP-аккумуляторами, уже докатывают свой ресурс. Скоро их будет множество.
Страны, которые первыми найдут выгодный «замкнутый цикл», произведут настоящую революцию.
Вэй Ли и Джень: не переработка, а обогащение
Группа китайских ученых, впрочем, работающих в калифорнийском университете в Сан-Диего, опубликовала масштабную исследовательскую работу на платформе Joule, в которой описала процесс получения изоморфных промежуточных соединений для масштабируемой переработки катодов LiFePo4 батарей. Самое интересное, что в результате этой переработки получается даже более эффективный с точки зрения плотности энергии LMFP (LiMnPO4).
В научной статье приводится такая аргументация: традиционные методы переработки решают проблему утилизации путем растворения катодных материалов в солях металлов ценой высокого расхода химических реагентов, при крайне сложных технологических процессах с использованием огромного количества энергии и с образованием значительных объемов неперерабатываемых отходов. Сегодняшний метод — это извлечение редкоземельных металлов из готовых продуктов.
Не recycling, а upcycling: переработка и обогащение LFP до LMFP
Ученые предложили свой метод прямой твердотельной переработки, которая преодолевает барьеры синтеза путем образования изоморфного промежуточного соединения LiMnPO4, структурно совместимого с LFP.
До того, как разработать метод переработки старых LiFePo4-батаей, та же группа ученых под руководством Вэй Ли сумела разработать способ полного восстановления цикла отработавших свой ресурс LFP-батарей.
«После регенерации это все еще был тот же самый LFP», цитирует Вэй Ли научное издание. Но теперь есть вариант получше: если преобразовать уже готовый LFP в LMFP, при том же полезном объеме аккумулятор будет иметь большую плотность энергии.
Метод не так уж и сложен, хотя и трудоёмкий в рамках проводимого исследования: отработавшую батарею вскрывают, извлекают из нее "рулон" (герметичные пакеты с катодным материалом), материал отделяют от алюминиевой фольги и превращают в порошок. Вторая стадия — "обогащение" материала солями лития, марганца и фосфата, что в итоге дает LMFP.
Не recycling, а upcycling: переработка и обогащение LFP до LMFP
Однако, есть нюанс: прямое смешивание материалов не поможет, поскольку они имеют различную кристаллическую структуру. Исследователи нашли решение — через создание промежуточного соединения, фосфат литий-марганца (LMP). Он по структуре идентичен LFP. Их перемешивают, нагревают. Происходит химическая реакция, в ходе которой атомы марганца замещают часть железа — образуется структура LMFP. Согласно материалам исследования, вокруг частиц также образуется тонкий слой углерода, что делает материал еще более электропроводящим.
Если исследование дойдет до промышленной разработки, это может стать еще одним значительным преимуществом LiFePo4 батарей перед уже морально устаревшими Li-Ion. Но также может дать LFP-технологии вторую жизнь еще на достаточно длительный период, пока разработчики твердотельных батарей не докопаются до истины, как сделать свой продукт по-настоящему универсальным и неубиваемым.
