Cách tái chế pin ô tô điện đã qua sử dụng là gì?

Pin lithium ion được tái chế thông qua phương pháp hóa học, nhiệt hoặc vật lý trực tiếp để phân tách các thành phần quan trọng và tái sử dụng chúng.

Tiến bộ công nghệ và tính bền vững là cơ sở của thời đại hiện nay. Ngày nay, có ngày càng nhiều người chọn lựa một cách có trách nhiệm về mặt sinh thái.

Một trong những lựa chọn đó là sử dụng phương tiện điện. Mặc dù đã có nhiều thảo luận về xe điện và vấn đề liệu chúng có thực sự thân thiện với môi trường hay không, liệu chúng có thể thay thế các phương tiện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch hay không, nhưng về việc tái chế pin thì có rất ít thông tin rõ ràng.

Pin, một phần không thể thiếu của tất cả các loại xe điện, cũng đang phát triển mạnh mẽ. Giống như mọi thứ khác, pin cũng có một vòng đời. Vậy khi chúng không còn hữu ích nữa, điều gì sẽ xảy ra với chúng?

Để bắt đầu, điều quan trọng cần lưu ý là chúng ta đang nói về pin lithium ion (Li-ion). Chúng được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các thiết bị, từ các thiết bị không dây cho đến ô tô điện. Chúng có mật độ năng lượng cao và có khả năng sạc lại.

Theo thời gian, khả năng tích điện và sạc lại của chúng sẽ giảm, khiến chúng trở nên không an toàn và cần phải được thay thế. Bộ pin trên ô tô điện bao gồm nhiều tế bào lithium ion được kết nối với nhau và được quản lý bởi hệ thống điều khiển pin. Hệ thống này điều chỉnh quá trình sạc và xả của từng tế bào, giúp tối ưu hóa tuổi thọ của chúng.

Sau khi pin đã hết vòng đời, việc tái chế được thực hiện như thế nào?

Bước đầu tiên trong quá trình tái chế pin lithium-ion là phân tách chúng thành các thành phần cấu thành. Việc xem xét cấu trúc của pin sẽ giúp chúng ta hiểu rõ những thành phần này là gì.

Cấu trúc của pin Lithium-ion

Pin lithium-ion bao gồm cực dương, cực âm, bộ phân tách và chất điện phân, tất cả đều nằm trong vỏ - pin lithium-ion được hình thành từ nhiều hợp chất. Cực dương thường được làm từ than chì, trong khi cực âm bao gồm nhiều oxit lithium và photphua khác nhau. Chúng cũng chứa các kim loại chuyển tiếp như sắt, niken, mangan và coban.

Cực âm là phần quan trọng nhất của pin lithium-ion, vì hầu hết cực âm đều được làm từ coban. Do đó, việc tái chế tập trung vào việc thu hồi vật liệu cực âm và đưa nó vào các quy trình tái chế khác nhau. Tuy nhiên, theo thời gian, việc tái chế đã hướng tới việc thu hồi càng nhiều vật liệu càng tốt.

Các phương pháp tái chế pin đa dạng

Hiện nay, việc tái chế pin được thực hiện thông qua ba phương pháp khác nhau. Đó là thủy luyện kim, nhiệt luyện kim và tái chế vật lý trực tiếp.

1. Tái chế thủy luyện kim

Phương pháp tái chế này chủ yếu dựa vào quá trình lọc hoặc xử lý bằng axit đậm đặc. Pin được xử lý trước để tách nhựa và các vật liệu khác được sử dụng trong pin. Các thành phần cực âm đã qua sử dụng được xử lý bằng nhiều loại axit khác nhau để tạo thành dung dịch ion kim loại, từ đó có thể dễ dàng tách kim loại ra. Các axit thường được sử dụng bao gồm axit clohydric và axit sulfuric. Bất kỳ chất cặn nào tạo ra từ phản ứng đều được xử lý lại bằng axit; phương pháp này có thể chiết xuất tới 99% coban và lithium, cũng như 98% đồng.

Trong các kỹ thuật mới hơn, các axit yếu hơn như axit oxalic và axit photphoric cũng được sử dụng, tạo ra các nguyên tố như mangan và niken. Phương pháp này rất linh hoạt và có thể được sử dụng cho cả pin lithium-ion loại coban và NCM (niken – đồng – mangan).

2. Tái chế nhiệt luyện kim - luyện kim pyro

Từ 'pyro' liên quan đến nhiệt độ cao và tái chế luyện kim pyro cũng không khác biệt. Pin đã tháo rời được đưa vào lò nung, nơi chúng trải qua quá trình gia nhiệt. Nhiệt độ tăng dần sẽ dẫn đến sự bay hơi của chất điện phân (giai đoạn làm nóng trước) và nhựa (giai đoạn nhiệt phân) có trong pin.

Và quá trình hình thành hợp kim kim loại diễn ra ở nhiệt độ cao nhất trong lò (giai đoạn nấu chảy). Các kim loại quan trọng như coban, đồng và niken được thu hồi ở giai đoạn này, trong khi lithium bị mất đi. Cho đến ngày nay, đây vẫn là kỹ thuật đáng tin cậy nhất để thu hồi coban từ pin tái chế. Tuy nhiên, phương pháp này ngày càng mất đi tính phù hợp vì nó không thu được lithium và thực tế là vô dụng đối với pin không chứa coban.

3. Tái chế vật lý trực tiếp

Trong tái chế vật lý, pin được tháo dỡ và xử lý bằng CO2 ở trạng thái siêu tới hạn (trạng thái không có sự phân biệt rõ ràng giữa chất lỏng và khí). Điều này gây ra sự phân tách chất điện phân. Trong khi chất điện phân được thu hồi, các tế bào đã qua sử dụng sẽ được chia nhỏ thành các kim loại vật lý riêng biệt như đồng và nhôm.

Vật liệu còn lại tạo thành phần lớn của cực âm và được nung kết ở nhiệt độ cao để tăng mật độ năng lượng và hiệu suất điện hóa của chúng. Tái chế vật lý thường dành cho pin lithium-ion làm từ sắt và mangan, thường không chứa coban.

Nếu chúng ta chỉ phụ thuộc vào việc khai thác nguyên liệu thô, rất có thể tài nguyên trên hành tinh sẽ cạn kiệt, giống như chúng ta đang làm với nhiên liệu hóa thạch. Công nghệ tái chế pin hứa hẹn sẽ phục hồi được hầu hết các thành phần của pin, khiến nó không chỉ bền vững mà còn mang lại lợi nhuận như một ngành công nghiệp!