Identifikace kovů při recyklaci lithium-iontových baterií pomocí ruční technologie XRF

Ruku v ruce s celosvětově se zrychlující poptávkou po elektromobilech se rovněž zvyšuje i potřeba vysoce výkonných lithium-iontových (Li-ion) baterií. Zatímco Li-ion baterie hrají důležitou roli při přechodu k udržitelnějším zdrojům energie, nakládání s nimi při dosažení konce jejich životnosti však musí probíhat odpovědným způsobem. 

Obrázek 1. Použitá lithium-iontová autobaterie

Správná recyklace baterií podporuje oběhové hospodářství, kdy se materiály z baterií i nadále používají za účelem snížení množství odpadu a znečištění. Získané materiály je možné znovu integrovat do nových baterií nebo je použít pro jiné aplikace, čímž se navíc sníží potřeba surovin při nové výrobě.  

Tato poznámka k oblasti použití zkoumá hodnotu recyklace Li-ion baterií, vysvětluje proces jejich recyklace a poukazuje na to, jak technologie ruční rentgenové fluorescenční analýzy (XRF) napomáhá efektivnímu zpětnému získávání drahých kovů z odpadů z baterie. 

Důležitost recyklace Li-ion baterií pro zelenější budoucnost

Recyklace lithium-iontových baterií je důležitým procesem ve snaze o udržitelnější budoucnost. V moderní společnosti hrají Li-ion baterie klíčovou roli, od pohonu elektromobilů až ke skladování energie z obnovitelných zdrojů. 

Nesprávná likvidace baterií ale představuje problémy v oblasti životního prostřední a zdrojů. Recyklace Li-ion baterií je zásadní, protože umožňuje zpětně získávat drahé kovy jako například lithium (Li), kobalt* (Co) a nikl (Ni), čímž se omezuje nutnost těžby zdrojů a podporuje se oběhové hospodářství. Recyklace baterií také zmírňuje dopad na životní prostředí tím, že zabraňuje průniku nebezpečných materiálů, které jsou obsažené v baterii, do půdy a vodních zdrojů, včetně minimalizace emisí skleníkových plynů, spojených s výrobou nových baterií. 

Odpovědné postupy recyklace prodlužují životnost baterií, čímž se maximalizuje jejich ekonomická a environmentální hodnota. Recyklace baterií je nezbytnou praxí pro vytvoření formátu udržitelné energetiky, ochranu přírodních zdrojů a minimalizaci škod na životním prostředí.

Proces recyklace Li-ion baterií

Pro dosažení efektivního zpětného získávání zdrojů a snížení dopadu na životní prostředí zahrnuje recyklace Li-ion baterií několik fází:

1. Nejdříve se použité baterie shromažďují z různých míst, včetně recyklačních agentur a zařízení určených ke sběru elektroodpadu. Baterie se klasifikují na základě svého chemického složení, velikosti a typu, aby nedošlo ke křížové kontaminaci.
2. Dále baterie prochází fází předúpravy, kdy se odstraňují elektrolyty a vnější pouzdra nebo obaly. Před vlastním zpracováním se Li-ion baterie plně vybijí, aby se zamezilo riziku samovznícení. Baterie jsou připraveny k dalšímu zpracování, poté se mechanicky rozřežou anebo rozdrtí na menší kousky. Díky tomu, že dojde k odkrytí vnitřních komponent baterie, je možné efektivněji získávat a oddělovat hodnotné komponenty.
3. K získávání drahých kovů obsažených v bateriích, včetně lithia (Li), kobaltu (Co), niklu (Ni), olova (Pb) a kadmia (Cd), se používají různé specializované postupy (viz Obrázek 1). Není tedy nutné těžit tolik zdrojů, protože tyto kovy můžeme recyklovat a použít k výrobě buď nových baterií anebo jiných výrobků.
4. Zpětné získávání plastových dílů je dalším cílem recyklace. Poté, co se plastové díly oddělí od úlomků baterie, je možné je recyklovat anebo použít v palivu, což otevírá další možnost ochrany zdrojů.
5. Elektrolyt z některých baterií, jako je katoda Li-ion baterie (známá jako černá hmota anebo černý prášek), je možné zpětně získat pomocí různých patentovaných postupů a opětovně použít anebo zpracovat pro správnou likvidaci. Tento postup zajišťuje správné nakládání s potenciálně nebezpečnými částmi. Je tedy možné zpětně získat, otestovat a opětovně použít katodu Li-ion baterie (černou hmotu), která při výrobě baterie vyžaduje přepracování. 
6. Během celého procesu recyklace baterií jsou přísně dodržovány předpisy na ochranu životního prostředí. To zahrnuje minimalizaci možné škody na životním prostředí a zdraví člověka správnou likvidací nebezpečného odpadu, čištěním odpadních vod a kontrolou emisí.
7. Posledním krokem je správná likvidace zbytkového odpadu, který nelze recyklovat ani zpětně využít, a to za dodržení stanovených zákonů a předpisů.

Obrázek 2. Recycling process for spent lithium-ion batteries (Zachary J. Baum, Robert E. Bird, Xiang Yu, and Jia Ma. ACS Energy Letters 2022 7 (2), 712–719)

Recyklace lithium-iontových baterií šetří vzácné zdroje, snižuje poptávku po surovinách a podporuje metody výroby a nakládání s bateriemi, což je šetrnější k životnímu prostředí. Tyto snahy o recyklaci přispívají k oběhovému hospodářství, kdy materiály z baterie zůstávají v oběhu po co nejdelší dobu.

Jak ruční XRF analýza pomáhá při recyklaci baterie

Ruční XRF analyzátor, jaký představuje například série analyzátorů Vanta™ (Obrázek 3), usnadňuje recyklaci lithium-iontových baterií tím, že umožňuje operátorům testovat prvkové složení vzorků v různých fázích postupu recyklace baterie. Analyzátor Vanta poskytuje výsledky přímo na místě a dokáže určit obsah prvků a kovů v Li-ion bateriích jako jsou lithium (Li), kobalt (Co) a nikl (Ni) během procesu demontáže a separace materiálu, stejně jako i během procesu srážení. Tato analýza umožňuje rychle oddělit a klasifikovat různé typy baterií ke stanovení správných postupů recyklace. 

Obrázek 3. Ruční XRF analyzátor Vanta

Ruční XRF analyzátor Vanta může také identifikovat nečistoty jako například olovo (Pb) anebo rtuť (Hg), které jsou škodlivé pro zdraví spotřebitelů i životní prostředí. Analyzátory Vanta poskytují výsledky vyhověl/nevyhověl a nízké detekční limity pro regulované prvky, což usnadňuje kontrolu dodržování předpisů. Volitelné možnosti kamery a bezdrátového připojení zefektivňují proces archivace dat. Analyzátory Vanta jsou proto užitečnými nástroji pro hodnocení kvality a čistoty použitého odpadu z Li-ion baterií v souladu s předpisy a normami. Integrací technologie XRF do procesu recyklace baterií je možné zvýšit produktivitu recyklace, zajistit pokrok v udržitelnosti a napomáhat efektivnímu nakládání s odpady. 

Výsledky ruční technologie XRF pro vzorek odpadu z lithium-iontové baterie

Obrázek 4 ukazuje výsledek analýzy pomocí technologie XRF na vzorku odpadu z Li-ion baterie (černá hmota) s využitím analyzátoru Vanta. Výsledek názorně ukazuje, jak analyzátor Vanta dokáže v černé hmotě analyzovat kovy jako je nikl (Ni), kobalt (Co), hliník (Al) a mangan (Mn).

Obrázek 4. Výsledky chemického složení a spektrum pro vzorek odpadu z Li-ion baterie (černá hmota)

Tato nedestruktivní analýza poskytuje rychlé a přesné výsledky s minimální přípravou vzorku. Intuitivní uživatelské rozhraní a přizpůsobitelný software usnadňuje použití a osvojení práce s analyzátorem Vanta k vysoce výkonnému testování a vyšší produktivitě.

*Společnost Evident usiluje o to, aby byl život lidí zdravější a bezpečnější. Zavazujeme se, že budeme podnikat odpovědně a že budeme sloužit našim trhům v souladu s Obecnými zásadami OSN v oblasti podnikání a lidských práv.