Tin tức SMM ngày 21 tháng 2:
Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Gadjah Mada ở Indonesia và các tổ chức khác đang tập trung khám phá các phương pháp sáng tạo để thu hồi lithium từ pin lithium-ion phế liệu. Các nhà nghiên cứu đã thành công đạt được tỷ lệ thu hồi lithium lên đến 95,7% với độ chọn lọc 100% từ pin ternary bằng cách kết hợp phương pháp khử carbothermal với rửa nước trong điều kiện khí quyển.
Hiện nay, thị trường xe điện toàn cầu tiếp tục mở rộng, và hai loại pin lithium-ion chiếm ưu thế trong lĩnh vực này. Trong đó, pin ternary nổi tiếng với mật độ năng lượng cao và phù hợp cho xe điện đường dài, trong khi pin LFP được ưa chuộng nhờ tính an toàn cao, độ ổn định tốt và chi phí hiệu quả. Tuy nhiên, thành phần phức tạp và đa dạng của pin lithium-ion phế liệu đặt ra những thách thức lớn cho việc tái chế. Đặc biệt, sự khác biệt về thành phần giữa pin ternary và pin LFP càng làm tăng độ phức tạp của quá trình tái chế. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng phương pháp rửa nước khí quyển để chọn lọc chiết xuất lithium từ khối đen của pin ternary, giải quyết các thách thức chính trong quá trình tái chế.
Các nhà nghiên cứu đã thu thập cực âm của pin ternary và LFP phế liệu từ các nguồn tái chế địa phương và chiết xuất khối đen làm nguyên liệu chính để xử lý. Sau đó, quá trình xử lý carbothermal được thực hiện trên các hỗn hợp khối đen khác nhau (từ pin ternary nguyên chất đến tỷ lệ 50:50 giữa ternary và LFP, với nhiệt độ xử lý được đặt từ 750-950°C) và thử nghiệm ở các tốc độ gia nhiệt 5°C, 10°C và 15°C mỗi phút. Sau xử lý carbothermal, rửa nước được thực hiện trên khối đen để đánh giá hiệu suất thu hồi lithium.
Để phân tích sâu hơn quá trình này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng nhiều phương pháp phân tích khác nhau. Thành phần nguyên tố được phát hiện bằng quang phổ phát xạ plasma cảm ứng; pha và thành phần được xác định qua nhiễu xạ tia X; hình thái bề mặt và phân bố nguyên tố được nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét và quang phổ tia X phân tán năng lượng; các nhóm chức trong hợp chất được khám phá thông qua quang phổ Raman; và phân tích nhiệt trọng được thực hiện trong khoảng nhiệt độ từ 30-1.200°C để theo dõi sự thay đổi nhiệt và khối lượng trong quá trình khử carbothermal theo thời gian thực.
Nghiên cứu phát hiện rằng tốc độ gia nhiệt trong quá trình carbothermal ảnh hưởng đáng kể đến tỷ lệ thu hồi lithium trong quá trình rửa nước. Cụ thể, tỷ lệ thu hồi lithium giảm khi tốc độ gia nhiệt tăng, với tỷ lệ thu hồi cao nhất đạt 92,06±0,42% ở tốc độ gia nhiệt 5°C/phút. Điều này là do tốc độ gia nhiệt cao hơn làm gián đoạn sự đồng đều của phản ứng khử, dẫn đến phân bố nhiệt độ không đồng đều trong các hạt và hình thành các hợp chất lithium không hòa tan.
Nhiệt độ mục tiêu cũng ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình khử carbothermal. Khi nhiệt độ tăng, tỷ lệ thu hồi lithium có xu hướng giảm. Mặc dù phân tích nhiệt trọng cho thấy sự tăng cường khử kim loại ở nhiệt độ cao hơn, lithium bị nhúng vào các pha hợp kim Ni-Co hình thành ở các nhiệt độ này, dẫn đến giảm tỷ lệ thu hồi lithium. Kết quả nhiễu xạ tia X cũng xác nhận sự hiện diện của các pha hợp kim này, cản trở việc chiết xuất lithium trong quá trình rửa.
Phân tích TGA tiết lộ sự thay đổi khối lượng đáng kể trong quá trình khử carbothermal của hỗn hợp khối đen LFP-ternary, cho thấy các phản ứng tiềm năng hoặc sự biến đổi pha/cấu trúc trong vật liệu rắn. Hơn nữa, khi tỷ lệ LFP trong hỗn hợp khối đen tăng, tỷ lệ thu hồi lithium giảm dần, đặc biệt trong quá trình khử carbothermal ở 950°C. Ngoài ra, sự thay đổi nhiệt độ xử lý có tác động tương đối nhỏ đến việc thu hồi lithium từ hỗn hợp ternary-LFP. Điều này cho thấy rằng các thách thức chính trong quá trình khử carbothermal của hỗn hợp khối đen pin không xuất phát từ điều kiện vận hành mà từ các phản ứng hóa học giữa các thành phần, tạo ra các hợp chất kháng rửa nước.
Nghiên cứu chứng minh rằng việc kết hợp khử carbothermal với rửa nước khí quyển là một phương pháp hiệu quả để thu hồi lithium từ hỗn hợp khối đen pin ternary-LFP. Trong điều kiện tối ưu (950°C, tốc độ gia nhiệt 15°C/phút, thời gian xử lý 2 giờ), hiệu suất thu hồi lithium từ khối đen ternary nguyên chất đạt 95,7±0,31%, với độ tinh khiết 100%.
Tuy nhiên, khi thêm một lượng LFP bằng với khối đen ternary, quá trình thu hồi bị gián đoạn và tỷ lệ thu hồi lithium giảm đáng kể xuống còn 9,78±0,44%. Điều này là do sự hình thành Li3PO4 không hòa tan trong nước và lithium bị bao bọc trong các ma trận hợp kim Fe-Ni-Co và Ni-Co.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã thêm natri cacbonat trong quá trình khử carbothermal để ngăn chặn sự hình thành Li3PO4. Điều chỉnh này đã tăng tỷ lệ thu hồi lithium lên 59,47%, đồng thời duy trì độ tinh khiết 100% bằng cách chuyển đổi lithium thành lithium cacbonat ổn định. Những phát hiện này cho thấy rằng trong các ứng dụng tái chế thực tế, việc thêm phụ gia cacbonat và điều chỉnh hợp lý các điều kiện quy trình có thể cải thiện hiệu suất thu hồi lithium.
Nhóm nghiên cứu Năng lượng Mới SMM
Cong Wang 021-51666838
Rui Ma 021-51595780
Disheng Feng 021-51666714
Ying Xu 021-51666707
Yanlin Lü 021-20707875
Yujun Liu 021-20707895
Xiaodan Yu 021-20707870
Zhicheng Zhou 021-51666711
He Zhang 021-20707850
