Бытовые батареи, обычно известные как сухие батареи, состоят из анода, катода и электролита. Анод — это положительный вывод, катод — отрицательный вывод, а электролит — это химический раствор, через который электроны текут от анода к катоду, создавая электрический заряд.В катодах и анодах используются различные металлы. В следующем резюме представлена ​​общая информация о химическом составе и способах утилизации бытовых аккумуляторов .

Никель-кадмиевые батареи

Никель-кадмиевые батареи состоят из никелевого катода, кадмиевого анода и щелочного раствора для электролита. Эти батареи являются перезаряжаемыми и используются в традиционных цилиндрических батареях, а также в самых разнообразных аккумуляторных блоках. Аккумуляторные батареи используются в таких устройствах, как беспроводные телефоны, видеокамеры, ручные пылесосы и беспроводные электроинструменты.Кадмий — токсичный металл, который может представлять угрозу для здоровья человека и окружающей среды. Никель-кадмиевые батареи имеют химический символ Ni-Cd.

Никель-кадмиевые батареи подлежат обязательной переработке в Коннектикуте. Call2Recycle — это организация производителей аккумуляторов, которая разработала программу сбора и переработки своих никель-кадмиевых аккумуляторов. Программа финансируется Call2Recycle. Производители батарей выкупают кадмий после его переработки для использования в батареях следующего поколения.Эти никель-кадмиевые батареи могут быть переработаны в ряде участвующих точек розничной торговли, включая большинство магазинов Radio Shack и Walmart. Для получения информации о том, где утилизировать никель-кадмиевые батареи в вашем регионе, позвоните по телефону 1-800-8BATTERY или войдите на веб-сайт Call2Recycle по адресу www.call2recycle.org.

Батареи щелочные и угольно-цинковые

Щелочные и угольно-цинковые батареи обычно содержат катод из диоксида марганца и цинковый анод. Электролит в щелочной батарее обычно представляет собой гидроксид калия или гидроксид натрия, тогда как в углеродно-цинковой батарее электролитом является хлорид аммония или хлорид цинка.Они составляют около 70% рынка аккумуляторов. Раньше ртуть добавлялась для предотвращения коррозии и образования газообразного водорода. Недавние законы ограничили допустимые уровни ртути в щелочных и угольно-цинковых батареях. Сегодня щелочные батареи, представленные на рынке, должны содержать ртуть с нулевым добавлением ртути.

Возможности утилизации щелочных батарей ограничены. Основным препятствием для переработки щелочных батарей было присутствие ртути. С появлением ртути с нулевым добавлением ртути экономические показатели переработки щелочных батарей должны быть более благоприятными, и мы можем увидеть больше предприятий по переработке.Преимущества утилизации аккумуляторов заключаются в экономии энергии при повторном использовании продукта по сравнению с добычей нетронутого ресурса.

Щелочные и угольно-цинковые батареи можно утилизировать вместе с обычным мусором, если нет возможности утилизации на месте. INMETCO, предприятие по утилизации металлов в Пенсильвании, перерабатывает щелочные и угольно-цинковые батареи. (724) 758-2800.

Маленькие герметичные свинцово-кислотные батареи

Маленькие герметичные свинцово-кислотные батареи являются перезаряжаемыми и используются в видеокамерах, беспроводных телефонах и электроинструментах.Они содержат катод из диоксида свинца или сульфата свинца, свинцовый анод и сернокислый электролит. Эти небольшие герметичные свинцово-кислотные батареи могут быть переработаны в ряде участвующих точек розничной торговли, включая большинство магазинов Radio Shack и Walmart. Для получения информации о том, где утилизировать небольшие герметичные свинцово-кислотные батареи в вашем регионе, позвоните по телефону 1-800-8BATTERY или войдите на веб-сайт Call2Recycle по адресу www.call2recycle.org/.

Литий-ионные батареи

Литий-ионные батареи — это перезаряжаемые батареи, которые чаще всего используются в цифровых фотоаппаратах, сотовых телефонах и портативных компьютерах.Они содержат металлический оксид лития в качестве катода и углеродный материал в качестве анода. Электролит представляет собой соль лития. Полностью разряженные литиевые батареи не опасны и могут быть безопасно выброшены в мусор. Однако они могут быть переработаны в рамках программы RBRC. Позвоните по телефону 1-800-8BATTERY или войдите на сайт Call2Recycle по адресу www.call2recycle.org/.

Никель-металлогидрид

Никель-металлогидридные батареи более экологически безопасны, чем никель-кадмиевые, из-за отсутствия токсичного кадмия.Анод — это металлический сплав, поглощающий водород, а катод — оксид никеля. Электролит — гидроксид калия. Эти батареи являются перезаряжаемыми и используются в видеокамерах, электроинструментах и ​​сотовых телефонах. Они имеют многие из тех же эксплуатационных характеристик, что и никель-кадмий. Они обозначены символом NiMH.

Батарейки из оксида серебра

Батарейки из оксида серебра — это кнопочные элементы, обычно используемые в часах, калькуляторах и слуховых аппаратах. Они содержат цинковый анод, катод из оксида серебра и щелочной раствор для электролита.Эти батареи подлежат переработке из-за ценности серебра. Большинство ювелирных магазинов утилизируют батарею из оксида серебра, когда вы приносите часы для замены батареи.

Литиевые батарейки

Литиевые батареи — это кнопочные элементы, которые используются в основном для фотоаппаратов и содержат литиевый анод, а также различные типы катодов и электролиты. Литиевые батареи в настоящее время не перерабатываются. Литий — это металл с высокой реакционной способностью, и при его сборе с другими кнопочными элементами он может представлять опасность, если не полностью разряжен.Полностью разряженная литиевая батарея преобразует литий в различные литиевые соединения, которые являются инертными и нетоксичными. Литиевые батареи не содержат ртути. Если установлено, что литиевая батарейка полностью разряжена, ее можно безопасно выбросить в обычную мусорную корзину.

Батареи воздушно-цинковые

Воздушно-цинковые батареи — это кнопочные элементы, используемые в основном для слуховых аппаратов. У них есть цинковый анод, кислород из атмосферного воздуха, который действует как катод, и щелочной раствор как электролит.В настоящее время существует ограниченная переработка имеющихся цинково-воздушных батарей (INMETCO будет перерабатывать батареи таблеточного типа — 724 758-2800.)

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Томом Метцнером по телефону (860) 424-3242 или по почте:

Министерство энергетики и охраны окружающей среды
79 Elm Street
Hartford, CT 06106-5127

Контент Последнее обновление: январь 2020 г.

Подержанные литий-ионные батареи | Агентство по охране окружающей среды США

Литий-ионные батареи и устройства, содержащие эти батареи, НЕ следует выбрасывать в бытовой мусор или в мусорные баки.

Литий-ионные аккумуляторы СЛЕДУЕТ сдать на отдельные пункты переработки или сбора бытовых опасных отходов.

Для предотвращения возгорания заклейте клеммы аккумуляторных батарей и / или поместите литий-ионные аккумуляторы в отдельные пластиковые пакеты.

На этой странице:

Общая информация

используются во многих продуктах, таких как электроника, игрушки, беспроводные наушники, портативные электроинструменты, малая и крупная бытовая техника, электромобили и системы хранения электроэнергии.При неправильном обращении в конце срока их полезного использования они могут нанести вред здоровью человека или окружающей среде.

Повышенный спрос на литий-ионные батареи на рынке во многом объясняется высокой «плотностью энергии» этого химического состава батарей. «Плотность энергии» означает количество энергии, которое система хранит в определенном пространстве. Литиевые батареи могут быть меньше и легче других типов батарей, сохраняя при этом такое же количество энергии. Такая миниатюризация привела к быстрому увеличению потребления потребителями портативных и беспроводных продуктов меньшего размера.

Информация для потребителей

Существует два типа литиевых батарей, которые используются потребителями в США и с которыми необходимо обращаться по окончании срока службы: одноразовые неперезаряжаемые литий-металлические батареи и перезаряжаемые литий-полимерные элементы (литий-ионные, литий-полимерные). ионные ячейки).

Кроме того, если аккумулятор или электронное устройство, содержащее аккумулятор, выбрасывать в мусорное ведро или помещать в муниципальный мусорный бак вместе с бытовыми вторсырьями, такими как пластик, бумага или стекло, они могут быть повреждены или раздавлены во время транспортировки или обработки и сортировки. оборудование, создающее пожарную опасность.

или аккумуляторы, содержащиеся в электронных устройствах, следует утилизировать на сертифицированных предприятиях по переработке аккумуляторной электроники, которые принимают аккумуляторы, а не выбрасывать их в мусор или выбрасывать в муниципальные мусорные баки.

Утилизация литий-ионных батарей для потребителей

Рекомендация EPA: найдите место для переработки литий-ионных аккумуляторов и продуктов, содержащих литий-ионные аккумуляторы, используя одну из предлагаемых ссылок; не выбрасывайте их в мусорное ведро или в муниципальные мусорные баки.

Литий-ионные аккумуляторы в электронике: Отправьте электронные устройства, содержащие литий-ионные аккумуляторы, сертифицированным переработчикам электроники, участвующим розничным продавцам и перерабатывающим компаниям в службах возврата электроники или обратитесь в местную программу сбора твердых или опасных бытовых отходов для получения дополнительных возможностей.

Литий-ионные аккумуляторы, которые легко отделяются от продукта (например, электроинструменты): Найдите ближайший к вам пункт переработки, чтобы правильно утилизировать литий-ионные аккумуляторы. Отправляйте отдельные батареи специализированным предприятиям по переработке аккумуляторов или розничным торговцам, которые участвуют в услугах по возврату, или обратитесь в местную программу по твердым или опасным отходам для получения дополнительных вариантов.

Два ресурса для поиска переработчика — это база данных службы экстренной помощи 911 и Call2Recycle.

Меры предосторожности при обращении: Поместите каждую батарею или устройство, содержащее батарею, в отдельный пластиковый пакет.Оберните токонепроводящую ленту (например, изоленту) на клеммах аккумулятора. В случае повреждения литий-ионного аккумулятора обратитесь к производителю аккумулятора или устройства за конкретной информацией по обращению. Даже использованные батареи могут иметь достаточно энергии, чтобы нанести травму или вызвать возгорание. Не все батареи могут быть удалены или обслужены пользователем. Соблюдайте маркировку батареи и продукта относительно безопасности и использования.

Утилизация литий-ионных аккумуляторов среднего и крупного размера

Рекомендация EPA: обратитесь к производителю, автомобильному дилеру или в компанию, которая установила литий-ионную батарею, для получения информации о возможностях управления; не выбрасывайте его в мусорное ведро или в муниципальные мусорные баки.

Из-за размера и сложности этих аккумуляторных систем, средние и крупные литий-ионные аккумуляторы не могут быть удалены потребителем. См. Инструкции производителя, а также предупреждения и инструкции по технике безопасности.

• Автомобиль: обратитесь к дилеру автомобилей, в магазин или на ремонтную мастерскую, где был приобретен аккумулятор.
• Накопитель энергии: обратитесь к производителю оборудования для аккумулирования энергии или компании, установившей аккумулятор.

«Избегайте искры.Будьте осторожны с аккумулятором ». Кампания

В связи с участившимися пожарами на предприятиях по переработке и переработке отходов по всей стране отраслевые группы совместно разработали «Избегайте искры». Будьте осторожны с аккумулятором. Кампания . Эта кампания направлена ​​на ознакомление американского потребителя с безопасностью использования батарей и правильным обращением с использованными литий-ионными батареями. Главный посыл кампании заключается в том, что батареи можно и нужно утилизировать, когда срок их службы истечет. Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт Call2Recycle.

Кампания «Поставь галочку» Министерства транспорта (DOT)

Кампания DOT «Check the Box» — это кампания по информированию общественности, направленная на предотвращение серьезных инцидентов за счет повышения осведомленности населения о предметах повседневного пользования, которые считаются опасными при транспортировке, в том числе о батареях, которые упаковываются и отправляются на переработку или утилизацию. Перед отправкой на переработку или утилизацию батареи должны быть правильно идентифицированы, упакованы и промаркированы с помощью маркировки на упаковке.Для получения дополнительной информации перейдите в кампанию DOT’s Check the Box и посмотрите видео кампании.

Информация для бизнеса

Некоторые литий-ионные батареи могут соответствовать определению опасных отходов в соответствии с Законом о сохранении и восстановлении ресурсов (RCRA), если они демонстрируют такие характеристики опасных отходов, как воспламеняемость, реактивность или токсичность при утилизации. Лица, производящие отходы, которые определены как опасные в соответствии с RCRA, называются «производителями опасных отходов».«Эти правила не применяются к домашним хозяйствам, потому что согласно RCRA опасные отходы, выбрасываемые домашними хозяйствами, обычно не подпадают под действие правил обращения с опасными отходами. Напротив, коммерческие предприятия несут ответственность за определение того, являются ли производимые ими отходы опасными отходами, включая литий-ионные батареи по окончании срока их службы.

Литий-ионные батареи с разным химическим составом могут выглядеть почти одинаковыми, но при этом иметь разные свойства. Кроме того, некоторые утилизированные литий-ионные батареи с большей вероятностью будут иметь опасные свойства, если они содержат значительный заряд, однако такие батареи могут показаться пользователю полностью разряженными.По этим причинам генератору может быть сложно определить, какие из его отработавших литий-ионных аккумуляторов считаются опасными при утилизации. Таким образом, в случае неопределенности EPA рекомендует компаниям рассмотреть возможность обращения с литий-ионными аккумуляторами в соответствии с федеральными правилами «универсальных отходов» в Разделе 40 Свода федеральных правил (CFR), часть 273.

Нормативные акты по универсальным отходам содержат упрощенный набор требований к производителям определенных типов обычных опасных отходов (например,g., люминесцентные лампы, содержащие ртуть, батарейки) из самых разных коммерческих помещений. Требования различаются в зависимости от того, накапливаете ли вы за один раз меньше или больше 5000 кг общих универсальных отходов, но они включают инструкции о том, как обращаться с отходами, как маркировать контейнеры, как долго отходы могут накапливаться на месте и куда могут быть отправлены отходы, среди прочего. Правила универсальных отходов не требуют отправки с использованием декларации об опасных отходах, но требуют, чтобы отходы отправлялись на разрешенный объект по удалению опасных отходов или в переработчик.Международные поставки литий-ионных аккумуляторов, обрабатываемых как универсальные отходы, также должны соответствовать требованиям RCRA в отношении экспорта и импорта универсальных отходов. EPA рекомендует предприятиям проконсультироваться со своими государственными агентствами по твердым и опасным отходам для получения дополнительной информации о применимых правилах в отношении универсальных отходов.

Дополнительным соображением, особенно для малых предприятий или предприятий, производящих небольшие количества опасных отходов в месяц, являются правила RCRA «Генераторы очень малых количеств» (VSQG).Литий-ионные аккумуляторы, выбрасываемые предприятиями, которые производят менее 100 кг (220 фунтов) опасных отходов в месяц, считаются отходами генератора с очень небольшим количеством и могут подлежать сокращению требований к опасным отходам. Перед тем, как использовать освобождение от VSQG, сверьтесь с программой государственного регулирования, так как они могут иметь другие требования. Хотя EPA рекомендует утилизировать все аккумуляторы в соответствии со стандартами универсальных отходов, лица, собирающие или хранящие использованные литий-ионные аккумуляторы в домашних условиях или в VSQG для целей любого исключения, должны хранить их отдельно от других собранных литий-ионных аккумуляторов, на которые распространяются более высокие требования. строгие требования.В противном случае они рискуют подвергнуть всю смешанную коллекцию более строгим требованиям (например, упрощенным требованиям к универсальным отходам или стандартным правилам образования опасных отходов).

Информация для рабочих

Управление по охране труда и здоровья Министерства труда (OSHA) выпустило информационный бюллетень по безопасности и охране здоровья: Предотвращение травм от пожара и / или взрыва от небольших и переносных устройств с питанием от литиевых батарей .Бюллетень носит рекомендательный характер, информационный по содержанию и предназначен для обучения работников и помощи работодателям в обеспечении безопасных и здоровых условий труда.

Информация для перевозчиков

Правила обращения с опасными материалами Департамента транспорта (DOT)

являются опасными материалами и подпадают под действие Положений об опасных материалах Министерства транспорта (HMR; 49 CFR, части 171–180). Сюда входят требования к упаковке и стандартным сообщениям об опасности (например,g., маркировка, этикетки, отгрузочные документы, информация о действиях в чрезвычайных ситуациях) и требования к обучению сотрудников. Требования к информированию об опасности содержатся в части 172 HMR, а требования, специфичные для литиевых батарей, — в разделе 173.185 49 CFR.

Дополнительные ресурсы

Бытовые аккумуляторы | Агентство по охране окружающей среды США

Найдите информацию о типах батарей, используемых в домашних условиях, и о том, как обращаться с ними, когда они больше не нужны.

Определенные батареи НЕ следует выбрасывать в бытовой мусор или в мусорные баки. На этой странице вы узнаете, как безопасно обращаться с этими батареями. Отработанные аккумуляторы всегда можно утилизировать или сдать в пункты сбора бытовых опасных отходов.

Чтобы предотвратить возгорание литий-ионных аккумуляторов, заклейте клеммы аккумуляторов и / или поместите аккумуляторы в отдельные пластиковые пакеты и никогда не выбрасывайте эти аккумуляторы в бытовой мусор или мусорные корзины.

На этой странице:

Фон

Ежегодно в США миллионы одноразовых и перезаряжаемых батарей покупаются, используются, перерабатываются или выбрасываются вместе с мусором.Батареи бывают разного химического состава, типов и размеров в зависимости от их использования.

• Одноразовые батареи обычно можно вынуть из устройства, когда они перестают питать устройство.
• Аккумуляторы могут быть съемными или постоянно прикрепленными к устройству.

Повышенный спрос на аккумуляторы в значительной степени связан с быстрым увеличением использования небольшой портативной электроники, электроинструментов и других предметов повседневного обихода, а также с увеличением количества «умных» продуктов, таких как мелкая и крупная бытовая техника и автомобили.

Батареи производятся с использованием различных смесей химических элементов, разработанных для удовлетворения потребностей клиентов в мощности и производительности. Батареи могут содержать такие металлы, как ртуть, свинец, кадмий, никель и серебро, которые могут представлять угрозу для здоровья человека или окружающей среды при неправильном обращении по окончании срока службы. Типы батарей идентифицируются по маркировке и этикеткам, а не по форме или цвету этикетки.

Некоторые батареи могут также содержать такие материалы, как кобальт, литий и графит, которые Геологическая служба США считает критически важными минералами.Критические полезные ископаемые — это сырье, которое экономически и стратегически важно для Соединенных Штатов, имеет высокий потенциал риска предложения и которому нет легких заменителей. Следовательно, необходимо приложить все усилия для переработки и восстановления этих материалов, чтобы гарантировать, что они будут доступны для будущих поколений.

Когда аккумулятор больше не используется, тип и химический состав аккумулятора определяют, какой из различных вариантов утилизации отходов следует использовать. Важно правильно обращаться с батареями в соответствии с их типом, потому что некоторые батареи могут представлять опасность для безопасности и здоровья при неправильном обращении в конце их срока службы.Батареи могут иметь достаточно энергии, чтобы травмировать или вызвать возгорание, даже когда они используются и кажутся разряженными. В целях безопасности помните, что не все батареи являются съемными или обслуживаемыми пользователем — обратите внимание на маркировку батареи и продукта в отношении безопасности и использования для всех типов батарей.

Одноразовые батареи

Аккумуляторы

Автомобильные аккумуляторы

Сегодня в транспортных средствах используются аккумуляторные батареи нескольких типов и областей применения.Существуют автомобильные пусковые батареи, используемые с двигателями внутреннего сгорания, большие аккумуляторные батареи для электромобилей, питающие автомобиль, и небольшие батареи, которые питают аксессуары, такие как дистанционные дверные замки, или резервные копии памяти компьютера.

Федеральные законы о батареях

Государственные законы об утилизации батарей

В некоторых штатах приняты законы об утилизации батарей для различных типов потребительских батарей.Чтобы увидеть карту государственных законов о батареях, перейдите на сайт Call2Recycle.

Что делать с разряженными батареями?

Батареи бывают нескольких разных типов. Правильная утилизация зависит от тип имеющейся у вас батареи.

Обычные батареи: обычные щелочные, марганцевые и угольно-цинковые батареи не считаются опасными отходами и могут утилизироваться обычным мусор.

Другие распространенные одноразовые или перезаряжаемые батареи, например литиевые и кнопочные батарейки подлежат вторичной переработке, но утилизация может быть недоступна. во всех местах. Вы можете взять эти батареи в дом. мероприятие по сбору опасных отходов или место сдачи, спонсируемое вашим округ, город, район / компания по утилизации отходов или отдел здравоохранения.

Аккумуляторы «Универсальные отходы»: никель-кадмиевые. (Ni-Cd) и небольшие герметичные свинцово-кислотные (SSLA) аккумуляторные батареи считается «универсальными отходами».Эти батареи обычно встречаются в аварийном освещении, выходном знаки, системы безопасности и сигнализации. Их покупать дорого, но перезаряжаемые. В целом они могут сэкономить сотни одноразовых батареи в течение всего срока их службы, что обеспечивает высокую рентабельность в течение всего жизненного цикла. Все батареи «универсального мусора», произведенные с 1997 г., должны включать: следующая формулировка на этикетках: «АККУМУЛЯТОР ДОЛЖЕН БЫТЬ УТИЛЕН». или «АККУМУЛЯТОР ДОЛЖЕН БЫТЬ УТИЛИЗИРОВАН ИЛИ УТИЛИЗАЦИОННЫМ ОБРАЗОМ».Вы можете искать местные предприятия по переработке аккумуляторных батарей по почтовому индексу на Земле 911. Обратитесь к «Руководству пользователя Everyday Hazmat» для получения дополнительной информации об утилизации Ni-Cd и SSLA батарей и универсальных отходах.

Перезаряжаемые батареи Ni-Cd и SSLA содержат свинец и / или кадмий, которые может протекать, испаряться и уноситься ветром или выщелачиваться из мусоросжигательной печи отходы, если они утилизируются ненадлежащим образом. Во время утилизации тяжелые Металлы удаляются из батарей, поэтому они не попадают в окружение.

Проблемы со здоровьем: свинец и кадмий — токсичные тяжелые металлы, которые могут вызывать серьезные последствия для здоровья в зависимости от общей концентрации человека подвергается воздействию со временем. Эффекты кадмия зависят от того, был ли он проглотил или вдохнул.

Свинец поражает все органы тела, особенно центральную нервную систему. система. Кадмий влияет на пищеварительную, выделительную системы и легкие. Оба могут вызвать рак.Влияние свинца и кадмия на плод и маленькие дети включают задержки в физическом и умственном развитии, снижение уровня IQ, сокращение продолжительности концентрации внимания и повышение поведенческих проблемы.

Идут миллионы электромобилей. Что происходит со всеми дохлыми батареями? | Наука

Аккумулятор Tesla Model S — это произведение сложной инженерной мысли. Тысячи цилиндрических ячеек с компонентами, полученными со всего мира, преобразуют литий и электроны в энергию, достаточную для того, чтобы автомобиль мог снова и снова преодолевать сотни километров без выбросов из выхлопной трубы.Но когда срок службы батареи подходит к концу, ее экологические преимущества исчезают. Если он попадает на свалку, его клетки могут выделять проблемные токсины, в том числе тяжелые металлы. А переработка батареи может быть опасным делом, предупреждает материаловед Дана Томпсон из Университета Лестера. Если врезаться слишком глубоко в ячейку Тесла или в неправильном месте, она может вызвать короткое замыкание, возгорание и выделение токсичных паров.

Это лишь одна из многих проблем, с которыми сталкиваются исследователи, в том числе Томпсон, которые пытаются решить возникающую проблему: как утилизировать миллионы аккумуляторов электромобилей (EV), которые производители планируют производить в течение следующих нескольких десятилетий.Современные аккумуляторы электромобилей «на самом деле не предназначены для вторичной переработки», — говорит Томпсон, научный сотрудник Института Фарадея, исследовательского центра, занимающегося проблемами аккумуляторов в Соединенном Королевстве.

Это не было большой проблемой, когда электромобили были редкостью. Но сейчас технологии набирают обороты. Некоторые автопроизводители заявили, что планируют постепенно отказаться от двигателей внутреннего сгорания в течение нескольких десятилетий, и отраслевые аналитики прогнозируют, что к 2030 году на дорогах появится не менее 145 миллионов электромобилей по сравнению с 11 миллионами в прошлом году.«Люди начинают понимать, что это проблема», — говорит Томпсон.

Правительства постепенно начинают требовать некоторого уровня переработки. В 2018 году Китай ввел новые правила, направленные на поощрение повторного использования компонентов аккумуляторных батарей электромобилей. Ожидается, что Европейский Союз завершит свои первые требования в этом году. В Соединенных Штатах федеральное правительство еще не выдвинуло требований по утилизации, но несколько штатов, в том числе Калифорния, крупнейший автомобильный рынок страны, изучают возможность установления своих собственных правил.

Соблюдение требований будет непросто. Батареи сильно различаются по химическому составу и конструкции, что затрудняет создание эффективных систем утилизации. Клетки часто скрепляются прочным клеем, что затрудняет их разборку. Это привело к возникновению экономических препятствий: производителям аккумуляторов зачастую дешевле покупать только что добытые металлы, чем использовать переработанные материалы.

Материаловед Дана Томпсон разрабатывает растворители для извлечения ценных металлов из отработанных автомобильных аккумуляторов.

Более совершенные методы переработки не только предотвратят загрязнение, отмечают исследователи, но и помогут правительствам повысить свою экономическую и национальную безопасность за счет увеличения поставок основных металлов в аккумуляторных батареях, которые контролируются одной или несколькими странами. «С одной стороны, [утилизация аккумуляторов электромобилей] — это проблема управления отходами. А с другой стороны, это возможность для создания устойчивого вторичного потока критически важных материалов», — говорит Гэвин Харпер, исследователь из Бирмингемского университета, изучающий электромобили. вопросы политики.

Чтобы ускорить переработку отходов, правительства и промышленность вкладывают деньги в целый ряд исследовательских инициатив. Министерство энергетики США (DOE) вложило около 15 миллионов долларов в центр ReCell для координации исследований ученых из академических кругов, промышленности и государственных лабораторий. Соединенное Королевство поддержало проект ReLiB, объединяющий несколько организаций. По словам Линды Гейнс, которая занимается переработкой аккумуляторов в Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США, по мере роста индустрии электромобилей потребность в прогрессе становится насущной.«Чем раньше мы сможем все сдвинуть с мертвой точки, — говорит она, — тем лучше».

EV сконструированы как матрешки. Обычно основной пакет содержит несколько модулей, каждый из которых состоит из множества ячеек меньшего размера (см. Рисунок ниже). Внутри каждой ячейки атомы лития перемещаются через электролит между графитовым анодом и катодным листом, состоящим из оксида металла. Батареи обычно определяются металлами в катоде. Существует три основных типа: никель-кобальт-алюминий, фосфат железа и никель-марганец-кобальт.

В настоящее время переработчики в первую очередь нацелены на металлы в катоде, такие как кобальт и никель, которые стоят дорого. (Литий и графит слишком дешевы для переработки, чтобы быть экономичным.) Но из-за малых количеств металлы подобны иголкам в стоге сена: их трудно найти и восстановить.

Новая жизнь для отработанных ячеек

Для извлечения этих игл переработчики используют два метода, известных как пирометаллургия и гидрометаллургия. Более распространенной является пирометаллургия, при которой переработчики сначала механически измельчают элемент, а затем сжигают его, оставляя обугленную массу из пластика, металлов и клея. На этом этапе они могут использовать несколько методов для извлечения металлов, включая дальнейшее сжигание. «Pyromet, по сути, обращается с батареей как с рудой» прямо из шахты, — говорит Гейнс.Гидрометаллургия, напротив, включает погружение аккумуляторных материалов в лужи с кислотой, в результате чего получается насыщенный металлами суп. Иногда два метода сочетаются.

У каждого есть свои преимущества и недостатки. Пирометаллургия, например, не требует, чтобы переработчик знал конструкцию или состав батареи, или даже то, полностью ли она разряжена, чтобы двигаться вперед безопасно. Но это энергоемко. Гидрометаллургия позволяет извлекать материалы, которые нелегко получить путем сжигания, но при этом могут использоваться химические вещества, представляющие опасность для здоровья.А извлечение желаемых элементов из химического супа может быть трудным, хотя исследователи экспериментируют с соединениями, которые обещают растворять определенные металлы батарей, но оставляют другие в твердой форме, что облегчает их восстановление. Например, Томпсон определил одного кандидата, смесь кислот и оснований, называемую глубоким эвтектическим растворителем, которая растворяет все, кроме никеля.

Исследования показали, что оба процесса производят большое количество отходов и выбрасывают парниковые газы. И бизнес-модель может быть шаткой: большинство операций зависит от продажи рекуперированного кобальта, чтобы оставаться в бизнесе, но производители аккумуляторов пытаются отказаться от этого относительно дорогого металла.Если это произойдет, переработчики могут остаться пытаться продавать груды «грязи», — говорит материаловед Ребекка Сиз из Университета Пердью.

Круги вторсырья

Идеальным вариантом является прямая переработка, при которой катодная смесь останется нетронутой.Это привлекательно для производителей аккумуляторов, потому что переработанные катоды не потребуют тяжелой обработки, отмечает Гейнс (хотя производителям, возможно, все равно придется оживлять катоды, добавляя небольшое количество лития). «Так что, если вы думаете об экономике замкнутого цикла, [прямая переработка] — это меньший круг, чем пиромет или гидромет».

При прямой переработке рабочие сначала собирают электролит пылесосом и измельчают аккумуляторные элементы. Затем они удаляли связующие с помощью тепла или растворителей и использовали технику флотации для разделения материалов анода и катода.В этом случае материал катода напоминает детскую присыпку.

До сих пор эксперименты по прямой переработке были сосредоточены только на отдельных элементах и ​​дали всего десятки граммов катодного порошка. Но исследователи из Национальной лаборатории возобновляемой энергии США построили экономические модели, показывающие, что этот метод, если его масштабировать при правильных условиях, может быть жизнеспособным в будущем.

Однако, чтобы реализовать прямую переработку, производителям аккумуляторов, переработчикам и исследователям необходимо решить множество проблем.Один из них — убедиться, что производители маркируют свои батареи, чтобы переработчики знали, с какими элементами они имеют дело, и имеют ли катодные металлы какую-либо ценность. Гейнс отмечает, что с учетом быстро меняющегося рынка аккумуляторов катоды, производимые сегодня, могут не найти будущего покупателя. Переработчики будут «возвращать динозавра. Никому не нужен продукт».

Техник из Германии проверяет разрядку сгоревшей литий-ионной батареи перед дальнейшей переработкой.

Еще одна проблема — это эффективное вскрытие открытых батарей электромобилей.Для демонтажа прямоугольного аккумуляторного отсека Nissan Leaf может потребоваться 2 часа. Ячейки Тесла уникальны не только своей цилиндрической формой, но и практически неразрушимым полиуретановым цементом, который удерживает их вместе.

могли бы создавать роботов, которые могли бы ускорить разборку батареи, но проблемы остаются даже после того, как вы попадете внутрь ячейки. Это связано с тем, что для удержания анодов, катодов и других компонентов на месте используется больше клея. Один из растворителей, который используют рециклеры для растворения катодных связующих, настолько токсичен, что Европейский Союз ввел ограничения на его использование, а U.Агентство S. по охране окружающей среды определило в прошлом году, что это представляет «необоснованный риск» для рабочих.

«С точки зрения экономики, вам нужно разобрать… [и] если вы хотите разобрать, тогда вам нужно избавиться от клея», — говорит Эндрю Эбботт, химик из Университета Лестера и советник Томпсона.

Чтобы упростить процесс, Томпсон и другие исследователи призывают производителей электромобилей и аккумуляторов разрабатывать свои продукты с учетом вторичной переработки. По словам Эбботта, идеальная батарея была бы похожа на рождественский взломщик U.K. праздничный подарок, который открывается, когда получатель тянет за каждый конец, показывая конфету или сообщение. В качестве примера он приводит Blade Battery, литий-феррофосфатный аккумулятор, выпущенный в прошлом году китайским производителем электромобилей BYD. В его упаковке нет модульного компонента, вместо этого плоские ячейки хранятся непосредственно внутри. Ячейки легко снимаются вручную, без проблем с проволокой и клеем.

Blade Battery появилась после того, как в 2018 году в Китае начали возлагать на производителей электромобилей ответственность за утилизацию аккумуляторов.В настоящее время в стране перерабатывается больше литий-ионных батарей, чем во всем остальном мире вместе взятых, в основном с использованием пиро- и гидрометаллургических методов.

Страны, переходящие к аналогичной политике, сталкиваются с рядом острых вопросов. Во-первых, говорит Томпсон, кто должен нести основную ответственность за переработку. «Это моя ответственность, потому что я купил [электромобиль], или это ответственность производителя, потому что они его сделали и продают?»

В Европейском Союзе один ответ может появиться позже в этом году, когда официальные лица опубликуют первое правило континента.Ожидается, что в следующем году группа экспертов, созданная штатом Калифорния, вынесет рекомендации, которые могут иметь большое влияние на любую политику США.

в области вторичной переработки говорят, что эффективная переработка аккумуляторов потребует большего, чем просто технический прогресс. Высокая стоимость перевозки горючих предметов на большие расстояния или через границу может препятствовать переработке отходов. В результате размещение центров переработки в правильных местах может иметь «огромное влияние», — говорит Харпер.«Но возникнет настоящая проблема в системной интеграции и объединении всех этих различных фрагментов исследований».

Нельзя терять время зря, — говорит Эбботт. «Чего вы не хотите, так это производства батареи за 10 лет, которую невозможно разобрать», — говорит он. «Этого еще не произошло, но люди кричат ​​и опасаются, что это произойдет».

Электромобиль должен решить проблему с аккумулятором

Электрификация транспорта — один из важнейших ключей к решению надвигающегося климатического кризиса.С увеличением количества электромобилей на дорогах и меньшим количеством пожирателей газа водители сжигают меньше ископаемого топлива и выбрасывают в атмосферу меньше газов, нагревающих планету. Но по мере того, как электромобили становятся все более популярными, они создают новую экологическую проблему: что делать с их батареями, когда они не в дороге.

Согласно новой статье, опубликованной сегодня в журнале Nature , эти батареи начинают накапливаться.Нам неизбежно придется утилизировать многие из аккумуляторов, но сбор полезных материалов из использованных литий-ионных аккумуляторов электромобилей остается утомительным и рискованным. К счастью, надежда еще есть. Авторы статьи говорят, что институциональные изменения — такие как разработка батарей с учетом утилизации и использование роботов для автоматизации разборки — могут изменить форму утилизации батарей. В свою очередь, эти улучшения могут сделать электромобили еще более экологичными за счет использования старых аккумуляторов в качестве материалов, необходимых для создания новых.

В 2017 году во всем мире было продано более 1 миллиона электромобилей. По оценкам авторов исследования, одни только эти автомобили в конечном итоге приведут к выбросу 250 000 тонн аккумуляторных батарей. Если бы они оказались на свалках, они бы подверглись риску пройти процесс, называемый «тепловым разгоном», который, по сути, представляет собой химическую реакцию в батарее, которая может вызвать ее нагрев, потенциально до точки возгорания или возгорания. взрывается. (Это причина, по которой TSA запрещает провозить запасные литий-ионные батареи в зарегистрированном багаже ​​при посадке в самолет.)

Но взрывающиеся свалки — не единственная причина, по которой нельзя выбрасывать старые батареи. Они действительно могут оставаться полезными еще долго после того, как их вытащили из автомобиля. Как и в случае с вашим мобильным телефоном, аккумулятор в электромобиле со временем не сможет удерживать заряд так долго. Итак, водители получают новый аккумулятор или новую машину. Но использованный аккумулятор может выдерживать и разряжать до 80 процентов от той мощности, которую он делал, когда был совершенно новым. И это привело к некоторым умным решениям относительно того, что делать с батареями из первых парков электромобилей, появившихся на рынке.В этом году Toyota выступила с инициативой по объединению старых аккумуляторов электромобилей с солнечными батареями для питания магазинов 7-Eleven в Японии. С деньгами, которые можно заработать на перепрофилировании этих батарей, поиск вторичного использования обогнал усилия по переработке.

«Если вы сделаете это выгодно, люди будут это делать. И на данный момент нет ни системы, ни инфраструктуры [для утилизации аккумуляторов электромобилей], поэтому действительно не очевидно, насколько прибыльным будет этот бизнес », — говорит Линда Гейнс, соавтор новой статьи. и системный аналитик в Аргоннской национальной лаборатории, исследовательском центре, управляемом Чикагским университетом и Министерством энергетики США.

Гейнс и ее соавторы видят появляющуюся возможность удовлетворить спрос на новые автомобильные аккумуляторы, используя материалы из старых. Литиевые батареи для электромобилей изготавливаются из кобальта — минерала, добываемого в основном в Конго. Но растущий спрос на кобальт в регионе привел к заявлениям о детском труде и других социальных и экологических последствиях добычи полезных ископаемых. Поэтому для ведущего автора исследования Гэвина Харпера, исследователя из Университета Бирмингема, в некоторых случаях может иметь больше смысла переработать батареи и использовать эти ценные материалы для нового производства, а не повторно использовать батареи.«Лучше ли извлечь этот кобальт из батареи и превратить его в новые батареи на раннем этапе?» он говорит.

Чтобы иметь возможность утилизировать аккумуляторные батареи в масштабах, требуемых растущим рынком электромобилей, отрасли необходимо решить некоторые ключевые проблемы. Во-первых, современные батареи не предназначены для легкой разборки. Не все аккумуляторы изготавливаются одним стандартным способом, что затрудняет их автоматическую разборку. Большую часть работы должны выполнять люди, обладающие достаточной квалификацией, чтобы не навредить себе в процессе.Ведь эти штуки могут взорваться. (Когда они это делают, они также могут выделять ядовитые газы.) И типы герметиков и клея, которые используются в батареях, чрезвычайно прочны, что затрудняет работу рабочих.

Роботизированная разборка, как поясняется в документе, может снизить риски для людей и сделать процесс достаточно быстрым, чтобы справиться с будущим наплывом батарей. Но роботам потребуются более стандартизованные батареи, чтобы полностью раскрыть свой потенциал. Эти изменения в конструкции также могут быть выигрышем для производителей, которые ищут более дешевое сырье.Более простая разборка может привести к извлечению из батарей более чистых и, следовательно, более ценных материалов, которые затем можно будет продать и / или использовать для производства новых батарей.

«Идея« дизайна для вторичной переработки »- это то, что производители аккумуляторов должны держать в голове, — говорит Гейнс. «Подобное мышление необходимо внедрять в производство продукции в целом».