Kỹ thuật & Công nghệ

XProEM: Tạo ra các giải pháp bền vững trong tái chế LIB

Kể từ 1991, pin lithium ion (“LIB”) đã phát triển nhanh chóng để trở thành bộ lưu trữ năng lượng được lựa chọn cho các thiết bị điện tử di động. Gần đây, LIB đã được coi là công nghệ tốt nhất cho giao thông bền vững vì chúng có thể cung cấp mật độ năng lượng cao và sản lượng điện trên một đơn vị khối lượng pin, cho phép chúng nhẹ hơn và nhỏ hơn so với các loại pin có thể sạc lại khác. Nguyên tắc hoạt động của LIB dựa trên vật liệu điện cực hoạt động nhiều lớp cho phép chèn và chuyển Li-ion giữa các điện cực trong quá trình phóng điện và sạc. Cơ chế làm việc và hiệu suất của LIB đặc biệt phụ thuộc vào các đặc tính của vật liệu làm catốt, về mặt thương mại bao gồm một hoặc một số loại hợp chất hoạt động điện hóa có chứa các kim loại chuyển tiếp khác nhau. Co, Ni, Mn và Fe với tỷ lệ khác nhau, ngoài ra không thể thiếu Li. Các thành phần chính khác của LIB là than chì, lá Al và Cu, bộ phân tách cao phân tử, cũng như chất điện phân chủ yếu sử dụng muối lithium cấp cao như lithium hexafluorophosphate (LiPF6) được hòa tan trong dung môi hữu cơ lưỡng cực, ví dụ như cacbonat hoặc lacton. Thành phần cực âm bao gồm vật liệu chứa lithium hoạt tính, tấm nhôm, dây dẫn điện, chất kết dính PVDF và các chất phụ gia. Thành phần quan trọng trong LIB là vật liệu cathode mang lithium, vật liệu trực tiếp xác định tính an toàn và hiệu suất chức năng của pin và chiếm tỷ lệ cao nhất trong chi phí vật liệu LIB (~ 40%). Do đó, một số lượng đáng kể các nhà nghiên cứu đã cố gắng thiết kế các quy trình để khôi phục hoặc tái chế các vật liệu catốt trong các LIB đã qua sử dụng. Động lực kinh tế cho việc tái chế bắt đầu được chú ý đặc biệt vào 2017 khi giá lithium đạt đến 15, 000 USD / t Li2CO3. Nhiều nguồn báo cáo rằng việc thải bỏ LIB mà không tái chế hoặc xử lý thích hợp có thể dẫn đến ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người do các vật liệu độc hại được sử dụng trong trang điểm của chúng. Do đó, xử lý và tái chế LIB đã sử dụng là điều cần thiết cả từ góc độ môi trường và kinh tế. Ngoài ra, có một tác động chuỗi cung ứng do sự thiếu hụt một số nguyên liệu chính để sản xuất catốt. Với lượng xe điện (EV) trên toàn cầu dự kiến ​​sẽ vượt 145 triệu phương tiện lưu thông trên đường 2030, việc sử dụng LIB trong các ứng dụng EV là dự kiến ​​sẽ là động lực tăng trưởng chính. Sau đó, có một thị trường rộng lớn và đang phát triển cho LIB yêu cầu tái chế sau khi hết tuổi thọ, đặc biệt là từ xe điện (~ 65% trong số đó sẽ đến từ Trung Quốc – thị trường xe điện lớn nhất trong những năm tới . Hơn 2 triệu tấn gói LIB EV đã qua sử dụng cần được tái chế bởi 2025, thể hiện giá trị thị trường trên 10 B USD. Thủy luyện kim hiện là quy trình chính được sử dụng để tái chế LIB. Do sử dụng một lượng lớn dung môi hóa học và các bước lọc / kết tinh phức tạp, nên quy trình luyện kim thủy lực rất nhạy cảm với các yếu tố đầu vào của quy trình và dễ bị mất ổn định khi thay đổi thành phần thức ăn. Ngành công nghiệp đang mong muốn phát triển các quy trình thay thế thân thiện với môi trường và hiệu quả kinh tế hơn (ví dụ như luyện kim) để thu hồi liti và các nguyên tố quan trọng khác. Nhìn chung, có bốn loại công nghệ tái chế được phát triển cho LIB đã qua sử dụng, bao gồm xử lý cơ học, xử lý thủy luyện, kết hợp phương pháp tiền xử lý nhiệt và thủy luyện, và cuối cùng là xử lý luyện kim. Các công nghệ luyện kim thực hiện tiền xử lý vật lý và thu hồi kim loại từ vật liệu catốt được tách ra bằng cách rửa trôi axit / kiềm, chiết xuất dung môi, nhựa trao đổi ion và kết tủa được chọn. Tuy nhiên, các quy trình luyện kim thủy lực tạo ra khối lượng nước thải lớn và sử dụng một lượng lớn nước, cả hai đều có tác động tiêu cực đến môi trường. Mặt khác, các quy trình luyện kim tập trung vào việc sản xuất hợp kim kim loại bằng cách nấu chảy toàn bộ gói LIB đã sử dụng ở nhiệt độ cao, do đó tiêu thụ một lượng năng lượng đáng kể. Mặc dù hiện nay, thủy luyện và luyện kim là những kỹ thuật có khả năng thực hiện, nhưng rõ ràng vẫn có sự phân đôi xem con đường nào có lợi hơn, và câu trả lời có thể là không. Khi mức độ phức tạp và số lượng ứng dụng LIB tiếp tục phát triển và phát triển, các công nghệ này cần phải được thử thách và hiện trạng sẽ bị phá vỡ. Với suy nghĩ này, XProEM đã phát triển một quy trình phân tách vật lý độc quyền, Chiết xuất hơi chân không biến thiên (V3E), và một quy trình tách hóa học độc quyền, Luyện kim loại trừ trạng thái rắn (S3M). Quy trình phân tách V3E có thể chấp nhận các gói pin đã qua sử dụng và phân tách vật lý một cách mạnh mẽ và an toàn thành Black Mass, trở thành nguồn cấp dữ liệu cho quy trình S3M, trong số nhiều thành phần tái chế khác. V3E bao gồm việc phân tách vật lý các LIB đã qua sử dụng để thu hồi các thành phần có giá trị bằng cách sử dụng xử lý chân không để chiết xuất và thu hồi các chất bay hơi như chất kết dính điện cực, dung môi điện phân và muối. Sau đó, nó được thực hiện theo các bước cắt và nghiền để phân hủy bộ pin đã cạn kiệt chất điện phân. Việc pha trộn tiếp theo có thể làm giảm thêm kích thước của các hạt vụn của các thành phần kèm theo như vỏ, bộ thu dòng, bộ phân tách và các vật liệu khác, được tách ra bằng một loạt các kỹ thuật tách vật lý sau đó. Quy trình S3M của XProEM cung cấp một giải pháp bền vững duy nhất để giải quyết vấn đề sắp xảy ra là tái chế một lượng lớn LIB đã qua sử dụng bằng cách thu hồi trực tiếp các vật liệu tiền thân của pin thành dạng kim loại của chúng thông qua quy trình khử trạng thái rắn. Ưu điểm rõ ràng của việc khử trạng thái rắn đã được chứng minh đối với các kim loại chuyển tiếp khác. Chúng bao gồm loại bỏ tiêu thụ dung môi nguy hiểm, tiêu thụ năng lượng và nước thấp, chi phí vận hành và chi phí vốn thấp, thiết lập mô-đun và có thể mở rộng khi cần thiết, tăng độ tin cậy hoạt động và yêu cầu bảo trì thấp hơn, tính linh hoạt trong việc chấp nhận nguyên liệu cấp và khả năng thu hồi và độ tinh khiết cao (lên đến 95% có thể dễ dàng đạt được). Vì quy trình XProEM được vận hành ở trạng thái rắn, nên nó dự kiến ​​sẽ tiêu thụ ít năng lượng hơn nhiều so với các quy trình tái chế hiện tại và loại bỏ yêu cầu về dung môi độc hại và xử lý nước thải nguy hiểm. Quy trình này tương thích với nhiều loại LIB khác nhau và cho phép thu hồi hiệu quả vật liệu pin thải thành các sản phẩm có giá trị cao. Quy trình XProEM làm giảm hiệu quả năng lượng và chi phí tiêu hao xuống 55%, nâng tỷ suất lợi nhuận gộp hoạt động lên 45% (so với 20-25% đối với các quá trình luyện kim và luyện kim thủy lực). Khách hàng mục tiêu cho giải pháp công nghệ của XProEM là các nhà sản xuất LIB, nhà sản xuất xe điện và các công ty thu gom và tháo dỡ ô tô điện đã qua sử dụng hoặc những người kinh doanh tái chế rác thải đô thị / điện tử. XProEM hiện đã hoàn thành tất cả các giai đoạn xác nhận kỹ thuật cần thiết bao gồm: Xác nhận kỹ thuật Phát triển quy trình Thiết kế thiết bị chính Đánh giá kinh tế Thiết kế kỹ thuật sơ bộ nhà máy thí điểm XProEM đã bắt đầu thiết lập cơ sở nhà máy thí điểm dự kiến ​​sẽ bắt đầu hoạt động vào giữa – 2021 để sản xuất lô sản phẩm đầu tiên có thể bán được. Ngoài việc hoàn thành cột mốc quan trọng của việc thương mại hóa công nghệ, cơ sở thí điểm cũng sẽ cho phép XProEM kiểm tra tính mạnh mẽ và hiệu quả của công nghệ XProEM đối với các nguyên liệu thức ăn chăn nuôi có thành phần và tạp chất khác nhau được cung cấp từ các nhà cung cấp và đối tác chuỗi cung ứng, yêu cầu thiết kế tùy chỉnh và điều chỉnh cho cả hai điều kiện quy trình và cấu hình thiết bị. XProEM cũng có kế hoạch hoàn thành một nghiên cứu tiền khả thi về quy trình này vào cuối 2021, điều này sẽ xác thực hơn nữa khả năng tài chính của công nghệ độc quyền đang được thương mại hóa trong các điều kiện thị trường và các giả định tài chính khác nhau , và cuối cùng chuyển sang thiết kế, kỹ thuật, xây dựng và vận hành cơ sở thương mại hoạt động đầu tiên bởi 2022. Sau khi cơ sở thương mại quy mô nhỏ đầu tiên được xây dựng và vận hành thành công, nó sẽ đóng vai trò là nhà máy trình diễn cho XProEM, cho phép chúng tôi làm việc với nhiều đối tác và khách hàng hơn để mở rộng nhà máy thương mại lớn với công suất yêu cầu lên đến 50, 000 t / năm LIBs. Việc triển khai nhà máy thương mại lớn đầu tiên có thể bắt đầu sớm nhất có thể 2022. XProEM cố gắng dẫn đầu việc phát triển các tiêu chuẩn công nghiệp khu vực và toàn cầu về tái chế LIB, đồng thời xây dựng một hệ thống kỹ thuật độc lập và hoàn chỉnh để tái chế LIB. Ngoài ra, XProEM cũng sẽ tập trung vào tương lai của việc tái chế LIB bằng cách chuyển đổi công việc R&D sáng tạo thành một danh mục IP mạnh để bảo vệ lợi thế cạnh tranh so với các công ty cùng ngành. Lộ trình chính của các dự án như vậy bao gồm mở rộng các hoạt động R&D để cải tiến và phát triển các công nghệ tái chế tương thích với các loại LIB trong tương lai (LFP, Li-Air, Li-S, v.v.) và cũng để phát triển các kỹ thuật phục hồi cathode, trong số những công nghệ khác. Đối với việc khôi phục cathode, câu hỏi quan trọng là liệu chúng ta có thể khôi phục cathode trở lại hiệu suất điện ban đầu của chúng và bỏ qua hoàn toàn việc khôi phục các thành phần riêng lẻ hay không. Việc khôi phục có thể đạt được bằng cách pha tạp chất catốt đã qua sử dụng với một hợp chất giàu lithium với các chất phụ gia quan trọng khác, và xử lý nhiệt sau đó để khôi phục cấu trúc tinh thể ban đầu của catốt và do đó khôi phục lại các đặc tính điện ban đầu của nó. Với điều này, XProEM hiện đang phát triển một công nghệ độc quyền khác – Phục hồi doping theo hướng khuếch tán (D3R). D3R là một quy trình bổ sung trực tiếp lithium cho catốt bị cạn kiệt lithium từ các LIB đã sử dụng để khôi phục lượng lithium theo phương pháp đo góc trong catốt được khôi phục. Quá trình tái nung được thực hiện bằng cách pha tạp với các hợp chất mang liti để cung cấp nguồn liti và khuếch tán liti từ vật liệu pha tạp vào catốt LIB đã qua sử dụng. Công nghệ phục hồi đã nhận được sự quan tâm rộng rãi của cả giới học thuật và các chuyên gia công nghiệp vì nó có thể hạ thấp hơn nữa chi phí sản xuất vật liệu catốt, cho phép LIB cho xe điện duy trì giá thành cạnh tranh so với các phương tiện động cơ đốt trong truyền thống. Tóm lại, XProEM đã sẵn sàng phá vỡ hiện trạng và cam kết phát triển các công nghệ thực sự bền vững trong tái chế LIB. Là công nghệ đầu tiên trong số một loạt công nghệ sắp ra mắt, XProEM đã phát triển quy trình luyện kim loại trừ trạng thái rắn thân thiện với môi trường và hiệu quả kinh tế để giải quyết các vấn đề sắp xảy ra trong quá trình tái chế LIB, có thể chiết xuất và phục hồi các thành phần pin một cách thân thiện với môi trường và chi phí thấp cách thức chi phí. Với đội ngũ giàu kinh nghiệm và chuyên môn về thương mại hóa công nghệ, có sự đồng bộ mạnh mẽ giữa công nghệ của XProEM và làn sóng ngừng hoạt động LIB. www.xproem.com

  • Trang chủ
  • Công nghệ đóng gói
  • Back to top button