Die Vereinigten Staaten entwickeln ein Umweltschutzgesetz für die Herstellung und das Recycling von Lithiumbatterien, um die Verarbeitungskosten und den Energieverbrauch zu senken -Lithium-Ionen-Batterieausrüstung
Ausländischen Medienberichten zufolge haben Forscher der Virginia Tech in den Vereinigten Staaten eine umweltfreundliche und nachhaltige Herstellungsmethode für Lithiumbatterien (LIB) demonstriert, bei der bei der Herstellung und dem Recycling von Batterieelektroden keine schädlichen organischen Lösungsmittel verwendet werden.
(: Virginia Tech)
Die Forscher fanden heraus, dass die Ratenleistung und die Lebensdauer von Elektroden, die durch einen wasserbasierten Prozess hergestellt wurden, mit Elektroden vergleichbar waren, die mit herkömmlichen lösungsmittelbasierten Verfahren hergestellt wurden. Die Verwendung von wasserlöslichen Bindemitteln ermöglicht die Verwendung von Wasser zur Rückgewinnung von Kathodenverbindungen aus verbrauchten Elektroden. Nach erfolgreicher Regeneration solcher Verbindungen entspricht die elektrochemische Leistung der neuen Elektrode der der ursprünglichen Elektrode.
Die Massenproduktion von Lithiumbatterien kann bei der Herstellung und Handhabung von Batterien zu Umweltbedenken führen. Herkömmliche Lithiumbatterieelektroden, insbesondere die Kathode, verwenden N-Methylpyrrolidinon (NMP) als Lösungsmittel und werden nach dem Slurry-Verfahren hergestellt. Tatsächlich wird geschätzt, dass eine Batterieproduktionsanlage mit einer Jahresleistung von 100.000 60-kW-, 10-kWh-Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugzellen (PHEV) jährlich 4,1 Millionen Kilogramm NMP zur Abscheidung von Kathodenschichten verbraucht. Wenn man bedenkt, dass die weltweite Produktion von Lithiumbatterien etwa 400 GWh beträgt, wird eine große Menge an NMP benötigt.
NMP ist jedoch eine teure regenerierte toxische Substanz, die 2018 von der Europäischen Kommission auf die Leerlaufliste gesetzt wurde. Darüber hinaus werden bei der Herstellung von Lithiumbatterien etwa 47 % des Energieverbrauchs für den Elektrodentrocknungsprozess zur Verdampfung und Rückgewinnung von NMP-Lösungsmitteln aufgewendet. Wird NMP durch Wasser ersetzt, kann ein Viertel des Energieverbrauchs gesenkt werden. Weitere 29 % der Energie werden in Trockenkammeranlagen verbraucht, die zur Steuerung der Luftfeuchtigkeit und Temperatur der Schlammmisch- und Gießvorgänge verwendet werden. Daher müssen neue Elektrodenherstellungsprozesse und/oder NMP-Alternativen entwickelt werden, um die Prozesskosten und den Energieverbrauch zu senken. (Lithium-Ionen-Batterie-Ausrüstung)
Die Forscher ersetzten NMP bei der Elektrodenherstellung durch Wasser, trennten das schwarze Material (ein Gemisch aus Ruß und aktivem Material) vom Stromabnehmer, lösten das wasserlösliche Bindemittel in Wasser auf, um eine Rückgewinnung zu erreichen, und trennten dann das aktive Material vom davon abgetrennten Ruß und lithiumisierten erneut, um Batteriematerialien zu bilden.
Die Forscher sagen, dass die in dieser Studie verwendete wasserbasierte Elektrode hervorragende elektrochemische Eigenschaften aufweist, die mit denen aus recycelten Materialien vergleichbar sind. Wenn einige potenzielle Herausforderungen angegangen werden können, könnte dieser Ansatz ein grünes, nachhaltiges Verfahren für die Herstellung und das Recycling von Lithiumbatterien bieten.
(: Virginia Tech)
Die Forscher fanden heraus, dass die Ratenleistung und die Lebensdauer von Elektroden, die durch einen wasserbasierten Prozess hergestellt wurden, mit Elektroden vergleichbar waren, die mit herkömmlichen lösungsmittelbasierten Verfahren hergestellt wurden. Die Verwendung von wasserlöslichen Bindemitteln ermöglicht die Verwendung von Wasser zur Rückgewinnung von Kathodenverbindungen aus verbrauchten Elektroden. Nach erfolgreicher Regeneration solcher Verbindungen entspricht die elektrochemische Leistung der neuen Elektrode der der ursprünglichen Elektrode.
Die Massenproduktion von Lithiumbatterien kann bei der Herstellung und Handhabung von Batterien zu Umweltbedenken führen. Herkömmliche Lithiumbatterieelektroden, insbesondere die Kathode, verwenden N-Methylpyrrolidinon (NMP) als Lösungsmittel und werden nach dem Slurry-Verfahren hergestellt. Tatsächlich wird geschätzt, dass eine Batterieproduktionsanlage mit einer Jahresleistung von 100.000 60-kW-, 10-kWh-Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugzellen (PHEV) jährlich 4,1 Millionen Kilogramm NMP zur Abscheidung von Kathodenschichten verbraucht. Wenn man bedenkt, dass die weltweite Produktion von Lithiumbatterien etwa 400 GWh beträgt, wird eine große Menge an NMP benötigt.
NMP ist jedoch eine teure regenerierte toxische Substanz, die 2018 von der Europäischen Kommission auf die Leerlaufliste gesetzt wurde. Darüber hinaus werden bei der Herstellung von Lithiumbatterien etwa 47 % des Energieverbrauchs für den Elektrodentrocknungsprozess zur Verdampfung und Rückgewinnung von NMP-Lösungsmitteln aufgewendet. Wird NMP durch Wasser ersetzt, kann ein Viertel des Energieverbrauchs gesenkt werden. Weitere 29 % der Energie werden in Trockenkammeranlagen verbraucht, die zur Steuerung der Luftfeuchtigkeit und Temperatur der Schlammmisch- und Gießvorgänge verwendet werden. Daher müssen neue Elektrodenherstellungsprozesse und/oder NMP-Alternativen entwickelt werden, um die Prozesskosten und den Energieverbrauch zu senken. (Lithium-Ionen-Batterie-Ausrüstung)
Die Forscher ersetzten NMP bei der Elektrodenherstellung durch Wasser, trennten das schwarze Material (ein Gemisch aus Ruß und aktivem Material) vom Stromabnehmer, lösten das wasserlösliche Bindemittel in Wasser auf, um eine Rückgewinnung zu erreichen, und trennten dann das aktive Material vom davon abgetrennten Ruß und lithiumisierten erneut, um Batteriematerialien zu bilden.
Die Forscher sagen, dass die in dieser Studie verwendete wasserbasierte Elektrode hervorragende elektrochemische Eigenschaften aufweist, die mit denen aus recycelten Materialien vergleichbar sind. Wenn einige potenzielle Herausforderungen angegangen werden können, könnte dieser Ansatz ein grünes, nachhaltiges Verfahren für die Herstellung und das Recycling von Lithiumbatterien bieten.
.png?imageView2/1/w/400/h/300)
