ПРОБЛЕМА УТИЛИЗАЦИИ ЛИТИЙ-ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ

THE PROBLEM OF RECYCLING LITHIUM-ION BATTERIES

Ivan Bezrukov

Student, Department of Technical and Biological Systems, Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics,

Russia, Knyaginino

Vladimir Nechaev

Scientific Supervisor, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics,

Russia, Knyaginino

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматривается проблема утилизации литий-ионных аккумуляторов и перспективы их утилизации на настоящий момент. В процессе эксплуатации аккумуляторов литий и другие токсические элементы, такие как кобальт, никель и марганец, могут выделяться, что оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Несмотря на то, что литий-ионные аккумуляторы являются более экологически чистыми, чем другие типы аккумуляторов, проблема их утилизации все еще остается актуальной. В статье анализируются существующие методы утилизации литий-ионных аккумуляторов и приводятся примеры реализации этих методов в различных странах мира. В итоге были сделаны выводы о том, что необходимо совершенствовать процессы утилизации литий-ионных аккумуляторов и продолжать разработку новых, более эффективных методов утилизации.

ABSTRACT

This article discusses the problem of lithium-ion battery disposal and the current state of their disposal. During the operation of lithium-ion batteries, toxic elements such as cobalt, nickel, and manganese may be released, which has a negative impact on the environment. Despite the fact that lithium-ion batteries are more environmentally friendly than other types of batteries, the problem of their disposal remains relevant. The existing methods of lithium-ion battery disposal are analyzed in the article, and examples of their implementation in various countries around the world are provided. In conclusion, it was determined that there is a need to improve the processes of lithium-ion battery disposal and continue the development of new, more efficient methods of disposal.

Ключевые слова: литий-ионные аккумуляторы; утилизация; электромобили; энергетика; экология; переработка материалов; ресурсы; вторичное использование; технологии; проблемы.

Keywords: lithium-ion batteries; disposal; electric vehicles; energy; ecology; recycling of materials; resources; reuse; technologies; problems.

В 2019 году журнал Nature опубликовал статью [1], в которой становится понятно, что масштабы проблемы утилизации аккумуляторных батарей куда шире и не могут сравниваться даже с проблемой выбросов СО2 двигателей внутреннего сгорания. В статье исследователи приходят к выводу, что необходимо в срочном порядке ставить утилизацию и переработку литий-ионных аккумуляторов на поток.

Литий-ионный аккумулятор — тип электрического аккумулятора, который повсеместно используется в современной бытовой электронной технике и находит своё место в качестве источника энергии в электромобилях и накопителях энергии в энергетических системах.

Рисунок 1. Литий-ионные аккумуляторы

Электроавтомобиль оснащен большим количеством таких литий-ионных аккумуляторов, еще при создании таких батарей используется ряд токсичных веществ, который нельзя зарывать в землю. В совокупности эти факты в скором времени нанесут трудно поправимые последствия, что действительно будет страшнее простых выбросов СО2. В состав литиевых аккумуляторов входят такие токсичные вещества как: кобальт, никель и бористый литий. В чем же их проблема? Все три вышеперечисленные элемента представляют опасность для человека без должной утилизации или вторичного использования. При вдыхании никеля в виде пыли или паров, он может вызывать раздражение глаз, кожи и дыхательных путей, а также повышенную чувствительность к аллергенам. При длительном воздействии лития на организм человека могут возникнуть проблемы с почками, сердцем и нервной системой. Длительное воздействие бория на растения может привести к ухудшению их роста и развития, а также к снижению качества урожая. Кроме того, высокие концентрации бория могут быть токсичны для животных и людей, вызывая проблемы со здоровьем.

Необходимо в кротчайшие сроки определиться со способом переработки таких батарей, например, компания «Магаполисресурс» на протяжении семи лет скупает в больших количествах аккумуляторы (литий-ионные, литий- железофасфатные, литий-тионилхлоридные) и занимается их «рециклингом». Такое понятие как «рециклинг» подразумевает разбор вещи на ее составные части, а затем использовать полученные элементы в создании нечто нового. Результатом такого рециклинга различных аккумуляторов являются такие элементы: медный порошок, соли кобальта, карбонат лития, сульфат алюминия и многие другие соединения. Такой способ я считаю эффективным, так как аккумуляторы не просто утилизируются – полученное сырье будет использоваться еще, что в какой-то мере ограничивает еще большее получение токсичных материалов (в какой-то мере ограничивает их производство).

Рисунок 2. Дробленые литиевые аккумуляторы и электролиз меди

К сожалению, большое количество человек не то чтобы не знают об опасности литий-ионных аккумуляторов, а распространяют различные мифы о данных батареях:

Миф: новый смартфон с литий-ионным аккумулятором необходимо в первый раз полностью зарядить, а затем полностью разрядить.

Такой способ эксплуатации телефонов был популярен лет 15 назад, когда в пользовании телефоны оснащались никелевыми батареями с эффектом «памяти», то есть аккумулятор «запоминал» на каком проценте заряда его начинали заряжать и далее требовал его питать до этого значения. Ёмкость аккумулятора в таком случае существенно сокращалась, благо, что литий-ионные аккумуляторы не имеют такую особенность.

Миф: нужно заряжать только полностью разряженный аккумулятор.

Этот миф напрямую связан с предыдущим. Однако если пользователь не просто один раз полностью разрядил батарею, а делает это систематически, литий-ионный аккумулятор может выйти из строя, гораздо быстрее, чем окончится его номинальный срок службы.

В каждой батарее типа Li-Ion есть специальный контроллер, регулирующий правильную работу устройства. Этот микрочип предотвращает переразряд и перезаряд батареи. Но любая микросхема нуждается в питании, поэтому при 0% заряда LI-Ion аккумуляторы могут вообще не зарядиться. Лучше всего ставить смартфон на зарядку, когда осталось 20-30% заряда.

Миф: нельзя оставлять телефон заряжаться на всю ночь

Это связано с опаской пользователей, что надолго оставленный без присмотра телефон может перегреться или даже взорваться. К счастью, благодаря контроллеру внутри аккумулятора, устройство само остановит процесс зарядки, как только достигнет 100%. Производители позаботились о том, чтобы Вам не пришлось, как няньке, стоять над своим гаджетом.

Я считаю, что пришло время подвести некоторые итоги. Литий-ионные аккумуляторы – неотъемлемая технология в человеческом существовании. Довольно распространённый тип аккумуляторных батарей, который на самом деле может очень сильно навредить нашей планете. Необходимо использовать такую технологию разумно: сдавать негодные к эксплуатации батареи в пункты переработки, контролировать выпуск батарей и учредить еще пару сотен заводов по переработке. Ряд таких решений может значительно улучшить экосистему на нашей планете и, наверное, уберечь нас от глобальной проблемы в будущем.

Список литературы:

1. S. B. Fovler и др. «Recycling lithium-ion batteries from electric vehicles» в журнале Nature, URL [https://www.nature.com/articles/s41586-019-1682-5], 12 января 2020 (дата обращения: 28.11.2022)
2. Federal Aviation Administration, «Lithium battery incidents», URL [https://www.faa.gov/sites/faa.gov/files/hazmat/resources/lithium_batteries/Battery_incident_chart.pdf] 5 ноября 2022 (дата обращения: 10.11.2022)
3. Исследовательская работа В.И. Северина «Исследование испарения никеля» URL [https://www.mathnet.ru/links/8bf3cef8e7ef7ba30b8d18dbc2b42f68/tvt3249.pdf] 17 февраля 2018 (дата обращения: 11.11.22)