Умение повторно использовать ценные материалы в космической отрасли — навык, от которого зависит выживание будущих колонистов. Исследователи из Rice University представили метод переработки отработанных литий-ионных батарей с помощью микроволновой индуцированной плазмы, который позволяет извлекать почти все ключевые компоненты аккумуляторов с меньшими затратами химикатов и энергии.
Речь идет о предварительной обработке так называемой black mass — измельченной смеси материалов из старых батарей, содержащей литий, кобальт, никель, марганец, алюминий и графит. Команда показала, что после 15-минутной обработки в специальном плазменном реакторе можно выборочно извлечь около 85 % лития в воде и примерно 95 % переходных металлов в 1-молярной лимонной кислоте при комнатной температуре. Отдельно важно, что процесс не только упрощает извлечение металлов, но и восстанавливает графит, который в обычных схемах переработки часто деградирует и теряет ценность.
Авторы объясняют, что плазма, микроволновое возбуждение и локальный нагрев совместно изменяют структуру оксидов катодных материалов, преобразуя их в формы, из которых металлы легче извлечь с помощью более мягких растворителей. По данным Rice University, технология уже запатентована, а предварительный технико-экономический анализ показывает, что она может превзойти часть нынешних промышленных подходов, особенно благодаря возврату графита в пригодном для повторного использования виде.
Как это работает? Старые батареи сначала превращают в порошкообразную смесь — black mass. Затем ее обрабатывают плазмой, созданной микроволнами. Такая обработка разрушает и частично перестраивает соединения металлов, поэтому в дальнейшем литий можно легче вымыть водой, а другие ценные металлы — слабым раствором лимонной кислоты. Параллельно очищается и восстанавливается графит, который можно снова использовать в анодах новых аккумуляторов.
Почему это важно? Для космической техники такая разработка интересна тем, что будущие лунные или марсианские базы потребуют максимально замкнутого цикла ресурсов. Если ценные металлы и графит можно эффективно извлекать из отработанных батарей с меньшими энергозатратами и без агрессивной химии, это потенциально уменьшает массу расходных материалов, которые нужно доставлять с Земли.
