Tiến bộ công nghệ và tính bền vững là nền tảng của thời đại hiện đại của chúng ta. Với việc ngày càng có nhiều người đưa ra những lựa chọn có ý thức về mặt sinh thái.
Một trong những lựa chọn như vậy là di chuyển bằng điện. Rất nhiều điều đã được thảo luận về xe điện, liệu chúng có thực sự thân thiện với môi trường hay không và liệu chúng có thể thay thế các phương tiện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch hay không. Tuy nhiên, trong số đó, có rất ít thông tin rõ ràng về việc tái chế pin.
Pin, một thành phần thiết yếu của tất cả các loại xe điện, cũng có tốc độ phát triển nhanh chóng. Giống như mọi thứ khác, pin cũng có vòng đời, vậy điều gì sẽ xảy ra với chúng khi chúng không còn hữu dụng nữa?
Để bắt đầu, điều quan trọng cần lưu ý là loại pin mà chúng ta đang nói đến ở đây là pin lithium ion (Li-ion). Chúng được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các thiết bị, trên các thiết bị không dây và ngay cả trên ô tô điện. Chúng có mật độ năng lượng cao và có thể sạc lại được.
Theo thời gian, khả năng tích điện cũng như khả năng sạc lại của chúng sẽ giảm dần, sau đó chúng không còn sử dụng an toàn được nữa và phải được thay thế. Bộ pin trên ô tô điện bao gồm nhiều tế bào lithium ion được kết nối với nhau và nối với hệ thống quản lý pin. Hệ thống này điều chỉnh tốc độ sạc và xả của từng ô trong bộ pin, từ đó tối đa hóa tuổi thọ của chúng.
Pin lithium-ion có mặt khắp nơi trong thời hiện đại.
Pin đã sử dụng hết được tái chế như thế nào?
Bước đầu tiên để tái chế pin lithium-ion là chia chúng thành các thành phần cấu thành. Nhìn vào cấu tạo của pin sẽ giúp chúng ta hiểu những yếu tố này là gì.
Cấu tạo của pin Lithium-ion
Pin lithium-ion bao gồm cực dương, cực âm, bộ phân tách và chất điện phân, tất cả đều được chứa trong vỏ - pin lithium-ion được tạo thành từ nhiều hợp chất. Cực dương thường được làm bằng than chì, trong khi cực âm bao gồm nhiều oxit lithium và photphua khác nhau. Chúng cũng chứa các kim loại chuyển tiếp, chẳng hạn như sắt, niken, mangan và coban.
Cấu tạo của pin lithium-ion.
Cực âm là bộ phận có giá trị nhất của pin lithium-ion, vì hầu hết cực âm đều được làm từ coban. Do đó, các nỗ lực tái chế đều xoay quanh việc thu hồi vật liệu cực âm và đưa nó vào các quy trình tái chế khác nhau. Tuy nhiên, theo thời gian, việc tái chế đã hướng tới việc thu hồi càng nhiều vật liệu càng tốt.
Các phương pháp tái chế pin khác nhau
Hiện tại, việc tái chế pin được thực hiện theo ba phương pháp. Chúng bao gồm thủy luyện kim, nhiệt luyện kim và tái chế vật lý trực tiếp.
1. Tái chế thủy luyện kim
Phương pháp tái chế này chủ yếu dựa vào quá trình lọc hoặc xử lý bằng axit đậm đặc. Pin được xử lý trước để tách nhựa và các vật liệu khác được sử dụng trong pin. Thành phần cực âm đã qua sử dụng được xử lý bằng nhiều loại axit khác nhau để tạo thành dung dịch ion kim loại, từ đó có thể dễ dàng tách kim loại ra. Các axit thường được sử dụng bao gồm axit clohydric và axit sulfuric. Bất kỳ chất cặn nào tạo ra từ phản ứng đều được xử lý lại bằng axit; phương pháp này có thể chiết xuất tới 99% coban và lithium, cũng như 98% đồng.
Trong các kỹ thuật mới hơn, các axit yếu hơn như axit oxalic và axit photphoric cũng được sử dụng, tạo ra các nguyên tố như mangan và niken. Phương pháp này rất linh hoạt và có thể được sử dụng cho cả pin lithium-ion loại coban và NCM (niken – đồng – mangan).
Ngoài việc sử dụng trong công nghiệp, coban còn rất quan trọng đối với pin lithium-ion và là kim loại được tìm kiếm nhiều nhất trong quá trình tái chế.
2. Tái chế nhiệt luyện kim - luyện kim pyro
Từ "pyro" liên quan đến nhiệt độ cao và tái chế luyện kim pyro cũng không khác. Pin đã tháo rời được đưa vào lò nung, nơi chúng trải qua quá trình gia nhiệt. Nhiệt độ tăng dần sẽ dẫn đến sự bay hơi của chất điện phân (giai đoạn làm nóng trước) và nhựa (giai đoạn nhiệt phân) có trong pin.
Và sự hình thành hợp kim kim loại diễn ra ở nhiệt độ cao nhất trong lò (giai đoạn nấu chảy). Các kim loại quan trọng như coban, đồng và niken được thu hồi ở giai đoạn này, trong khi lithium bị mất đi. Cho đến ngày nay, đây vẫn là kỹ thuật đáng tin cậy nhất để thu hồi coban từ pin tái chế. Tuy nhiên, phương pháp này ngày càng mất đi tính phù hợp vì nó không thu được lithium và thực tế là vô dụng đối với pin không chứa coban.
Việc nén bột ở nhiệt độ cao để tạo thành cực âm mới (thiêu kết) rất hữu ích trong việc tái tạo mật độ năng lượng và khả năng giữ điện tích của vật liệu cực âm.
3. Tái chế vật lý trực tiếp
Trong tái chế vật lý, pin được tháo dỡ và xử lý bằng CO2 ở trạng thái siêu tới hạn (trang thái không có sự phân biệt rõ ràng giữa chất lỏng và khí). Điều này gây ra sự phân tách chất điện phân. Trong khi chất điện phân được thu hồi, các tế bào đã qua sử dụng sẽ được chia nhỏ thành các kim loại vật lý riêng biệt như đồng và nhôm.
Vật liệu còn lại tạo thành phần lớn của cực âm và được nung kết ở nhiệt độ cao để tăng mật độ năng lượng và hiệu suất điện hóa của chúng. Tái chế vật lý thường dành cho pin lithium-ion làm từ sắt và mangan, thường không chứa coban.
Nếu chúng ta chỉ phụ thuộc vào việc khai thác nguyên liệu thô, rất có thể tài nguyên trên hành tinh sẽ cạn kiệt, giống như chúng ta đang làm với nhiên liệu hóa thạch. Công nghệ tái chế pin hứa hẹn sẽ phục hồi được hầu hết các thành phần của pin, khiến nó không chỉ bền vững mà còn mang lại lợi nhuận như một ngành công nghiệp!
