Recyklace baterií elektrických vozidel (EV) je zásadní pro udržitelný, elektrifikovaný dopravní systém. Podstatná část klíčových minerálů pro elektrifikaci by mohla do roku 2050 pocházet z recyklovaných baterií, což dramaticky sníží potřebu nové těžby.
Ale způsob, jakým jsou tyto baterie recyklovány, může znamenat velký rozdíl – musíme používat recyklační procesy s vysokou mírou obnovy minerálů a nižším dopadem na životní prostředí. V tomto příspěvku na blogu vysvětlím různé způsoby, jak recyklovat baterie a proč je důležité, aby to bylo správné.
Tři typy recyklace, které jsou zde shrnuty, jsou podrobněji diskutovány později, včetně předběžného zpracování, které musí proběhnout před recyklací. Tato technologie může být matoucí a složitá, proto jsem na konec tohoto dílu zařadil část s termíny pro slova psaná kurzívou.
- Hydrometalurgická recyklace je nejlepší dostupnou technologií, protože má vysokou míru obnovy minerálů a má za následek nízké dopady na životní prostředí. K separaci minerálů používá kapalné roztoky.
- Přímá recyklace je stále ve vývoji, ale má nízký dopad na životní prostředí a obnovuje neporušenou kladnou elektrodu, což znamená, že tento produkt přeskočí krok v procesu výroby baterie. Přímá recyklace má nižší míru využití lithia než hydrometalurgická recyklace, ale je ideální pro výrobu šrotu a lithium-železo-fosfátových (LFP) baterií.
- Pyrometalurgický recykling (tavení) je nejméně ideální technologie, protože neregeneruje lithium, hliník ani mangan a má největší dopad na životní prostředí. Kromě toho musí výstup projít dodatečným krokem hydrometalurgické rafinace, než bude připraven k výrobě baterií.
Předběžné zpracování
Před recyklací demontážní firma vyjme baterii z elektromobilu a odešle ji do recyklačního zařízení. Recyklátor si vezme baterii zabalit rozdělit na menší moduly. Tyto moduly jsou obvykle obdélníkové a zapadají do sebe v balení, podobně jako krabice domino. V každém modulu jsou obdélníkové baterie buněk. Tesla používá jiný design, kde jsou jejich články válcové místo obdélníkových.
Pyrometalurgická recyklace spálí celou baterii; proto je materiál připraven k recyklaci po dekonstrukci na úroveň modulu nebo buňky. Hydrometalurgické metody a metody přímé recyklace vyžadují oddělení mnoha vrstev buněk od sebe, aby se získal produkt s vyšší hodnotou, což vyžaduje dodatečné předběžné zpracování.
V těchto dalších krocích je modul nebo buňka protažena a mechanický drtič aby se to rozdělilo na malé kousky. Výstup je poté separován přes síta, magnety a třepačky, aby se izoloval prášek, který obsahuje lithium, kobalt a nikl (prášek se nazývá černá hmota).
Hydrometalurgická recyklace
- Vysoká výtěžnost: 90-99% nikl, kobalt, lithium
- Nízký dopad na životní prostředí
- Ideální pro baterie obsahující nikl a kobalt
Hydrometalurgie využívá kapalné a chemické roztoky k získávání minerálů z prášku, který obsahuje cenné kovy (černá hmota) získané z výše uvedeného předběžného zpracování. Prášek černé hmoty obsahuje lepidlo (pořadač), která přilepí kladnou elektrodu (katoda) a záporná elektroda (anoda) na hliníkovou a měděnou fólii (sběrač proudu).
Recyklátoři používají několik procesů k oddělení elektrod od fólie, včetně dvou širokých kategorií chemická předúprava a tepelná předúprava. Chemické úpravy používají k rozpuštění lepidla kyselinu, ale pro spálení zbytků je nutné dodržet další procesy, jako je tepelné zpracování. Samotná tepelná předúprava může také oddělit kladné elektrody od fólie zahřátím a spálením lepidla a záporné elektrody. Při procesu spalování vznikají plyny, takže je nutné další čisticí zařízení, včetně praček.
Toto tepelné zpracování je technicky považováno za proces pyrometalurgické recyklace, ale výrazně se liší od tavení vysvětleného v části o pyrometalurgii níže. Používá nižší teploty, které nemění stav kobaltu, lithia a niklu, které získáváme.
V recyklátoru pak zůstane prášek obsahující minerály. Nejprve se rozpustí v kapalině (vyluhování), typicky peroxid vodíku a kyselina sírová. Dále je cílem odstranit z roztoku cenné kovy. Jedním přístupem je extrakce rozpouštědlem. Tato technika používá dvě kapaliny s různými rozpustnostmi (předpokládejme olej a vodu) k přirozenému oddělení minerálů. To má za následek dělení minerálů s kapalinami pro přístupný sběr.
Odpadní voda vzniklá tímto procesem musí projít úpravou vody. V některých provozech (ale ne ve všech!) tuto vodu v zařízení znovu využívají. Kromě toho tento proces vytváří velké množství síranu sodného, což je nízkohodnotný a bezpečný vedlejší produkt používaný k výrobě domácích potřeb, jako je detergent.
Materiálový výstup z hydrometalurgické recyklace závisí na použitých chemikáliích a procesech. Konečným produktem některých společností je prekurzor pozitivní elektrody, což znamená, že získávají směs minerálů (prekurzor pozitivní elektrody), jako je nikl-mangan-kobalt (NMC). Obnova těchto minerálů společně je ideální, protože výrobce baterií, který kupuje produkt recyklátoru, nemusí vytvářet prekurzor kladné elektrody. Jiné metody obnovují jednotlivé materiály (lithium, kobalt a síran nikelnatý nebo uhličitanové soli) použité k vytvoření nové elektrody. Míra výtěžnosti se liší podle jedinečných procesů, ale jedna společnost uvádí míru výtěžnosti 99 % pro katodové materiály.
Přímá recyklace
- Vysoká výtěžnost: 90 % niklu a kobaltu, 50 % lithia
- Nejnižší dopad na životní prostředí
- Obnovuje produkt nejvyšší kvality
- Ideální pro:
- baterie s nižší hodnotou, jako je lithium-železo-fosfát
- výroba šrotu a nepoužitých/stárlých baterií
Přímá recyklace vytváří omlazenou kladnou elektrodu připravenou k výrobě nové baterie. Tento proces je stále ve vývoji, ale bude pravděpodobně nejpříznivější pro baterie, které neobsahují vysoce hodnotné minerály kobaltu a niklu, jako je lithium-železo-fosfát (LFP). Nižší náklady na vstupy jsou součástí přitažlivosti lithium-iontových baterií, které využívají LFP, díky čemuž je získávání jednotlivých minerálů hydrometalurgickou recyklací neekonomické. LFP je ziskový, je-li recyklován pomocí přímé recyklace, protože obnovuje kladnou elektrodu, což z něj činí mnohem cennější produkt než pouze získávání jednotlivých minerálů.
U vysoce hodnotných lithium-iontových baterií, jako je nikl-mangan-kobalt (NMC), je přímá recyklace nejvíce použitelná pro odpadní materiál, který pochází přímo z výroby, protože krystalická struktura elektrody je během používání baterie poškozena.
Před recyklací jsou baterie skartovány. Se získanou černou hmotou se zachází podobně jako při hydrometalurgické recyklaci, s malými změnami ve způsobu odstraňování lepidla a oddělení záporné elektrody od kladné. Například, místo aby recyklátory spalovaly negativní elektrodu, typicky grafit, používají hydrofobní povahu grafitu při zahřívání, aby jej vytáhly na povrch kapalného roztoku (kladná elektroda je hydrofilní – odpuzuje bubliny!). Grafit je v pěně nahoře a ostatní minerály zůstávají dole. Tento proces se nazývá pěnová flotace.
Obnovená kladná elektroda nemá potřebné množství lithia kvůli degradaci a ztrátě během prvního použití v baterii. Proto je třeba přidat více lithia (relithation). Kromě toho, jak se chemie lithium-iontových baterií neustále vyvíjí, a aby bylo zajištěno, že recyklované materiály jsou stále použitelné, lze získanou kladnou elektrodu upravit nebo upcyklovat přidáním dalších minerálů (např. přidáním více kobaltu).
![]()
Pyrometalurgická recyklace:
- Nízká míra výtěžnosti: nikl a kobalt získaný ve slitině, výtěžek 0 % lithia
- Nejvyšší spotřeba energie a emise skleníkových plynů
Pyrometalurgická recyklace je široká kategorie zahrnující všechny technologie, které využívají vysoké teploty k extrakci a čištění kovů. Několik procesů diskutovaných pro hydrometalurgickou a přímou recyklaci technicky odpovídá této kategorii. Přesto používají nižší teploty než pyrometalurgická recyklace v této sekci. Tento typ vysokoteplotní pyrometalurgie se nazývá tavení. Tavení nezískává všechny minerály a vyžaduje vysokou spotřebu energie k dosažení potřebných teplot.
Tavením se ohřívají materiály baterií nad bod tání, aby se oddělily kovy v kapalné formě. Drcení baterie je zbytečné, protože bateriový modul nebo článek jde přímo do pece. Baterie se nejprve zahřeje na 350-600*C, aby se spálil elektrolyt, a poté se zahřeje na teplotu kolem 1200-1450*C, aby se kovy roztavily do slitiny. Recyklátor integruje úpravu odpadních plynů kvůli toxickým plynům vytvořeným v tomto procesu. Výsledná kovová slitina obsahuje kobalt, nikl, měď a železo. Tavením se ve strusce ztrácí lithium, hliník a mangan. Kovová slitina musí také projít následným hydrometalurgickým procesem, aby se získal kobalt a nikl. Proces ztrácí významnou část lithia ve formě prachu. Zatímco současní recyklátoři to nesledují, další hydrometalurgický proces může získat lithium.
![]()
Politika recyklace baterií
Robustní politika recyklace by zajistila, že všechny baterie EV budou bezpečně recyklovány. V ideálním případě by Spojené státy následovaly naše globální partnery a uzákonily rozšířenou odpovědnost výrobců (EPR). EPR činí odpovědné výrobce automobilů za recyklaci všech baterií. Recyklace je zásadním krokem v udržitelném dopravním systému a dodavatelském řetězci a výrobci automobilů jsou připraveni vytvořit sběrnou síť vysloužilých baterií a navrhnout baterie tak, aby se daly snadněji recyklovat. Ale jak ukazuje tento blogový příspěvek, záleží také na tom, jak jsou recyklovány!
Recyklátoři potřebují získat co nejvíce minerálů s co nejmenším potenciálním dopadem, což znamená použití hydrometalurgické nebo přímé recyklační metody namísto pyrometalurgické alternativy.
Tento recyklační průmysl se rychle rozvíjí s pomocí výzkumných ústavů, jako je ReCell. Proto navrhujeme, aby politika stanovila základní míru obnovy namísto definování technologické cesty. Tento přístup zvolila například Evropská unie (EU). Zákon EU o bateriích vyžaduje, aby recyklační procesy měly v roce 2025 míru využití 90 % u kobaltu, niklu a mědi a 50 % u lithia, přičemž se v roce 95 zvýší na 80 % a 2030 %. Politika recyklace se vyvíjí v Kalifornii a doufáme, že stát bude uplatňovat podobný přístup.
