XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Актуальность задачи. Литий-ионные аккумуляторные батареи – это вид химических источников тока, быстро завоевавший мировой рынок. Они широко используются в качестве источников питания гаджетов, компьютеров, электромобилей, электросамокатов и т. д. Объединяет литиевые аккумуляторы то, что все они относятся к герметичным необслуживаемым аккумуляторам, которые по завершению срока службы должны утилизироваться, а применяемые в них металлы (литий, кобальт, медь и др.) повторно использоваться.

В России проблема утилизации аккумуляторов такого типа стоит очень остро в первую очередь из-за экологической безграмотности населения (практически нулевой уровень сбора) и, как следствие, отсутствия эффективной и безопасной системы утилизации.

Известно несколько методов утилизации литий-ионных аккумуляторов:

физический (механическое измельчение в кустарных условиях);

гидрохимический;

пирометаллургический.

Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

Основным недостатком физического метода является низкая производительность, необходимость предварительной сортировки батарей по химическому составу и заряду.

При использовании гидрохимического метода удается получить вторичный литий. При этом осуществляется механическое измельчение батарей и реализуются химические процессы извлечения материалов – чёрных и цветных металлов (сталь, медь, алюминий), оксидов металлов активного элемента (Mn₂O₃, NiMnCoAlO₂, FePO₄), карбоната лития.

При использовании пирометаллургического метода пластмасса, раствор электролита, и графитный электрод сгорают в печи (для поддержания температуры плавления). Конечные вторичные продукты – металлы активного соединения анода (Mn, Ni, Co, Fe), Al и Li находятся в составе шлака, который в дальнейшем используют в качестве добавки в бетон. Выделить литий в чистом виде при такой технологии не представляется возможным.

Для всех указанных выше методов утилизации первоначально утилизируемые аккумуляторные батареи должны быть обесточены и демонтированы. Здесь возникает главная проблема всех существующих методов утилизации – пожаровзрывобезопасность лития, что требует создания особых условий демонтажа. Кроме того, все перечисленные методы утилизации отличаются высокой энергоемкостью и значительными потерями исходных материалов [1-3].

Наиболее эффективным является гидрохимический метод утилизации отработанных литий-ионных батарей, для повышения пожаровзрывобезопасности которого на этапе разрядки и демонтажа следует использовать криогенную заморозку утилизируемых батарей.

Целью подготавливаемой в настоящее время выпускной квалификационной работы по профилю «Инженерная защита окружающей среды» (направление подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность»)является обоснование безопасной и эффективной схемы технологического процесса утилизации литий-ионных аккумуляторных батарей электромобилей.

Для достижения поставленных цели потребуется решить несколько задач.

Рассмотреть риски, связанные с процессом утилизации литий-ионных батарей.

На основании обзора литературы, патентного поиска сравнить существующие технологии и обосновать рациональную технологию утилизации литий-ионных батарей, а также произвести расчеты оборудования.

Разработать методику и выполнить оценку пожаровзрывобезопасности, энергетической и ресурсной эффективности предлагаемой технологии утилизации литий-ионных аккумуляторных батарей в сравнении с прототипом.

Определить экономическую эффективность предлагаемой технологии переработки литий-ионных батарей.

Списоклитературы

D.H. Doughty, E.P. Roth. A General Discussion of Li Ion Battery Safety. URL: www.electrochem.org/dl/interface/sum/sum12/sum12_p037_044.pdf (дата обращения 26.01.2019).

Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы// PowerInfo.ru: сайт. URL: www.powerinfo.ru/accumulator-liion.php (дата обращения 26.01.2019).

M.G. Richard. Elon Musk letter explains why that Tesla Model S caught fire// treehugger: сайт. URL: www.treehugger.com/cars/elon-musk-letter-explains-why-tesla-model-s-caught-fire.html (дата обращения 26.01.2019).

Код для цитирования: Скопировать