Pin chì và cadmium gây ra mối lo ngại lớn nhất về môi trường, đến nỗi niken-cadmium đã bị cấm ở châu Âu vào năm 2009. Người ta cũng cố gắng cấm pin chì, nhưng không có sự thay thế phù hợp nào như trường hợp đã xảy ra bằng cách thay thế niken-cadmium bằng niken-kim loại-hydrua. Lần đầu tiên, lithium-ion được thêm vào danh sách các chất gây ô nhiễm. Hóa chất này được phân loại là chỉ độc hại nhẹ, nhưng khối lượng tuyệt đối của chúng đòi hỏi phải xem xét kỹ lưỡng hơn .
Axit chì đã mở đường cho sự thành công của tái chế và ngày nay, hơn 97 phần trăm loại pin này được tái chế ở Hoa Kỳ. Ngành công nghiệp ô tô nên được ghi nhận vì đã sớm tổ chức tái chế; tuy nhiên, lý do kinh doanh hơn là mối quan tâm về môi trường có thể là động lực. Quy trình tái chế rất đơn giản và 70 phần trăm trọng lượng của pin là chì có thể tái sử dụng .
Hơn 50 phần trăm nguồn cung cấp chì đến từ pin tái chế. Các loại pin khác không tiết kiệm để tái chế và không được trả lại dễ dàng như axit chì. Một số tổ chức đang thực hiện các chương trình để thuận tiện cho việc thu gom tất cả các loại pin. Hiện chỉ có 20 đến 40% pin trong điện thoại di động và các sản phẩm tiêu dùng khác được tái chế. Mục tiêu của việc tái chế là ngăn chặn các vật liệu nguy hiểm xâm nhập vào các bãi chôn lấp và sử dụng các vật liệu được thu hồi để chế tạo các sản phẩm mới .Pin đã qua sử dụng nên được loại bỏ khỏi hộ gia đình. Các tế bào sơ cấp cũ được biết là rò rỉ và gây ra thiệt hại cho khu vực xung quanh. Không lưu trữ pin axít chì cũ nơi trẻ em chơi. Chỉ cần chạm vào các cực chì có thể gây hại. Ngoài ra, hãy giấu các tế bào cúc áo khỏi trẻ nhỏ vì chúng có thể nuốt phải những cục pin này .
Mặc dù không thân thiện với môi trường, nhưng ắc quy axit chì vẫn tiếp tục chiếm lĩnh thị trường ngách mạnh mẽ, đặc biệt là ắc quy khởi động. Tính di động có bánh xe và các hệ thống UPS không thể chạy tiết kiệm nếu không có loại pin đáng tin cậy này. NiCd cũng tiếp tục giữ một vị trí quan trọng trong số các loại pin có thể sạc lại khi các NiCd lớn bị ngập nước khởi động máy bay phản lực và đẩy thuyền tham quan trên sông của các thành phố lớn hơn. Mặc dù không gây ô nhiễm, những loại pin này đang suy giảm .
Pin có chất độc hại sẽ tiếp tục ở bên chúng ta và không có gì sai khi sử dụng chúng miễn là chúng được xử lý đúng cách. Mỗi chất hóa học của pin có quy trình tái chế riêng và quy trình bắt đầu bằng cách phân loại pin vào đúng danh mục .
Axit chì: Việc tái chế axit chì bắt đầu bằng việc giới thiệu ắc quy khởi động vào năm 1912. Quá trình này đơn giản và tiết kiệm chi phí vì chì rất dễ chiết xuất và có thể tái sử dụng nhiều lần. Điều này dẫn đến nhiều hoạt động kinh doanh có lãi và tái chế các loại pin khác.
|
Vào cuối năm 2013, các nhà máy luyện kim bắt đầu báo cáo rằng số lượng pin Li-ion được trộn với axit chì ngày càng tăng, đặc biệt là trong pin khởi động. Điều này có thể gây ra hỏa hoạn, dẫn đến nổ và thương tích cá nhân. Bề ngoài vật lý của các gói axit chì và Li-ion tương tự nhau và việc phân loại với khối lượng lớn đặt ra một thách thức. Đối với người tiêu dùng, pin là pin và mọi người bị lôi cuốn tái chế tất cả các loại pin, không quan tâm đến hóa chất. Khi nhiều axit chì được thay thế bằng Li-ion, vấn đề sẽ chỉ leo thang. Từ năm 2010–2013, các sự cố được báo cáo về sự xâm nhập của Li-ion với axit chì đã tăng gấp 10 lần. Xin lưu ý rằng Li-ion dễ bay hơi khi bị tước hơn axit chì. Việc phân loại trước được thực hiện vì lý do an toàn và không phải để phân loại vật liệu nguy hiểm. Axit chì lành tính nhưng độc, Li-ion không ác tính nhưng dễ nổ. |
Hình 1: Axit chì được tái chế pin. Tái chế mang lại lợi nhuận Nguồn: Điều khiển Johnston |
Hiệp hội kỹ sư ô tô (SAE) và Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế (IEC) bắt đầu hành động thông qua nâng cao nhận thức, đào tạo nhân viên, nhận dạng và dán nhãn pin. Các công nghệ tia X để tách pin đang được khám phá và "ai chịu trách nhiệm pháp lý?" đang được hỏi. Các nhà sản xuất pin đổ trách nhiệm cho các nhà tái chế, những người này lập luận rằng gánh nặng và tính bền vững của sản phẩm phải do nhà sản xuất gánh chịu. Tòa án có thể trở thành trọng tài viên.
Niken-cadmium: Khi pin NiCd được vứt bỏ một cách bất cẩn, trụ pin kim loại cuối cùng sẽ bị ăn mòn trong bãi chôn lấp. Cadmium hòa tan và ngấm vào nguồn nước. Khi ô nhiễm bắt đầu, chính quyền bất lực trong việc ngăn chặn cuộc tàn sát. Các đại dương của chúng ta đã cho thấy dấu vết của cadmium (cùng với aspirin, penicillin và thuốc chống trầm cảm) nhưng các nhà khoa học không chắc chắn về nguồn gốc của nó .
Niken-kim loại-hydrua: Niken và chất điện phân trong NiMH là chất bán độc hại. Nếu không có dịch vụ xử lý trong khu vực, pin NiMH riêng lẻ có thể được loại bỏ cùng với rác thải sinh hoạt khác với số lượng nhỏ; tuy nhiên, với 10 pin trở lên, người dùng nên cân nhắc việc thải bỏ chúng tại bãi chôn lấp chất thải an toàn. Giải pháp thay thế tốt hơn là mang pin đã sử dụng đến thùng rác ở khu vực lân cận để tái chế .
Lithium sơ cấp: Những loại pin này chứa lithium kim loại phản ứng dữ dội khi tiếp xúc với hơi ẩm và phải được thải bỏ một cách thích hợp. Nếu bị ném vào bãi rác ở trạng thái tích điện, thiết bị hạng nặng hoạt động bên trên có thể đè bẹp các thùng và lithium tiếp xúc có thể gây ra hỏa hoạn. Cháy bãi rác rất khó dập tắt và có thể cháy trong nhiều năm dưới lòng đất. Trước khi tái chế, hãy xả toàn bộ để tiêu thụ hết lượng lithium. Pin lithium sơ cấp (kim loại lithium) được sử dụng trong chiến đấu quân sự, cũng như trong đồng hồ, cảm biến, máy trợ thính và sao lưu bộ nhớ. Một loại kim loại lithium cũng đóng vai trò thay thế kiềm ở các định dạng AAA, AA và 9V. Li-ion cho điện thoại di động và máy tính xách tay không chứa lithium kim loại .
Li-ion: Li-ion tương đối vô hại nhưng các gói đã sử dụng phải được xử lý đúng cách. Điều này được thực hiện ít hơn để thu hồi các kim loại có giá trị, như trường hợp của axit chì, hơn là vì lý do môi trường, đặc biệt là với khối lượng ngày càng tăng được sử dụng trong các sản phẩm tiêu dùng. Li-ion chứa các nguyên tố có hại ở mức độc hại đối với các thiết bị điện tử.
Với việc sử dụng Li-ion ngày càng nhiều, báo cáo của Ủy ban Châu Âu có tên “Hướng tới Pin của tương lai” đưa ra các cảnh báo vì số lượng lớn pin sẽ hết tuổi thọ. Ở châu Âu, Li-ion không thể được chôn lấp vì độc tính và nguy cơ cháy nổ, cũng như không thể đốt chúng vì tro cũng độc hại trong bãi chôn lấp. Mối quan tâm là coban và các tác nhân liên kết các vật liệu điện cực với nhau.
Báo cáo không còn coi axit chì là loại pin độc hại nhất. Axit chì là loại pin duy nhất có thể được tái chế có lãi. Với gần 100% axit chì được tái chế, trọng tâm chuyển sang Li-ion do khối lượng và giá trị của các vật liệu có thể thu hồi ngày càng tăng.
Theo báo cáo của ATZ (2018), pin kéo Li-ion 33kWh của xe điện BMW i3 chứa 2kg (4,4 lb) coban, 6kg (13 lb) lithium, 12kg (26 lb) mangan, 12kg (26 lb) niken và 35kg (77 lb) than chì. Không phải tất cả các vật liệu được thu hồi đều có thể đạt chất lượng cấp pin khi được tái chế nhưng các tài nguyên thu được có thể được sử dụng cho các mục đích ít đòi hỏi hơn. Lithium cũng được sử dụng làm chất bôi trơn.
Tiến bộ đang được thực hiện và Duesenfeld GmbH trình diễn một phương pháp sáng tạo sử dụng năng lượng ít hơn 70% để tái chế pin lithium-ion so với các lò luyện kim truyền thống. Hình 1 minh họa nhà máy tái chế pin xe điện ở Đức.
Quy trình tái chế pin Li-ion thường bắt đầu bằng việc hủy kích hoạt liên quan đến việc xả hết pin để loại bỏ năng lượng dự trữ và ngăn chặn sự cố nhiệt bất ngờ. Chất điện phân cũng có thể được đông lạnh để ngăn chặn các phản ứng điện hóa trong quá trình nghiền. Duesenfeld đã được cấp bằng sáng chế cho quy trình làm bay hơi và thu hồi các dung môi hữu cơ của chất điện phân trong chân không bằng cách ngưng tụ. Quá trình này được cho là không tạo ra khí thải độc hại. Trong Hình 2, các kỹ thuật viên tháo rời pin EV để tái chế.
Các bước sau đây được chia thành các phương pháp xử lý cơ học, hỏa luyện và thủy luyện. Cơ học liên quan đến việc nghiền nát các tế bào pin; chiết xuất kim loại bằng nhiệt luyện; và thủy luyện liên quan đến các quá trình nước.
Sau khi tháo rời, phân loại tách lá đồng, lá nhôm, dải phân cách và vật liệu phủ. Niken, coban và đồng có thể được tái chế từ vật đúc, nhưng liti và nhôm vẫn còn trong xỉ. Một quy trình thủy luyện là cần thiết để thu hồi lithium. Điều này bao gồm quá trình lọc, chiết xuất, kết tinh và kết tủa từ dung dịch lỏng. Xử lý thủy luyện được sử dụng để thu hồi các kim loại nguyên chất, ví dụ như lithium, thu được từ các vật liệu phủ đã được tách ra sau các quá trình cơ học hoặc từ xỉ trong các quá trình luyện kim.
Umicore ở Bỉ sử dụng lò đốt trực tiếp để nấu chảy pin để thu hồi 95% coban, niken và đồng. Sau lò đốt, Umicore sử dụng quy trình rửa khí đặc biệt để làm sạch các sản phẩm đốt cháy độc hại khỏi khí thải có chứa flo.
Để giảm nguy cơ hỏa hoạn trong quá trình tái chế, các nhà tái chế nhỏ hơn sẽ đốt pin lithium-ion bên ngoài trong các cơ sở xử lý chất thải đặc biệt trước khi thực hiện phân tách cơ học.
Duesenfeld ở Đức xả pin, nghiền nát chúng trong môi trường trơ, làm bay hơi và ngưng tụ lại dung môi hữu cơ của chất điện phân và tách vật liệu phủ điện cực khỏi phần còn lại. Các kim loại sau đó được lọc ra từ các vật liệu hoạt động trước đây. Than chì được lọc và lấy lại, sau đó lithium-carbonate, niken-sulfate, coban-sulfate và mangan-sulfate được sản xuất. Quá trình tái chế này tạo ra nhiều kim loại hơn so với phương pháp nhiệt Umicore. Dấu chân CO2 cũng giảm đồng thời tiết kiệm năng lượng và giảm sự hình thành khí độc hại.
Kiềm: Sau khi giảm hàm lượng thủy ngân trong pin kiềm vào năm 1996, nhiều vùng lãnh thổ hiện cho phép xử lý các loại pin này như rác thải sinh hoạt thông thường; tuy nhiên, California coi tất cả pin là chất thải nguy hại. Ở Châu Âu, axit chì, NiCd, pin chứa thủy ngân, bộ sưu tập nhiều loại pin chưa được phân loại và chất điện phân của pin được coi là chất thải nguy hại. Tất cả những người khác có thể vượt qua là không nguy hiểm. Hầu hết các cửa hàng bán pin cũng được yêu cầu thu hồi pin đã sử dụng. Pin kiềm chứa các vật liệu kẽm và mangan có thể tái sử dụng nhưng quy trình thu hồi là một trách nhiệm pháp lý. Các nỗ lực được thực hiện để tăng tái chế các tế bào kiềm từ mức thấp 4% vào năm 2015 lên 40% vào năm 2025.
Ở Bắc Mỹ, Retriev Technologies, trước đây là Toxco, và Rechargeable Battery Recycling Corporation (RBRC) thu gom pin đã qua sử dụng và tái chế chúng. Trong khi Retriev có các cơ sở tái chế riêng thì RBRC chịu trách nhiệm thu gom pin và gửi chúng đến các tổ chức tái chế. Retriev ở Trail, British Columbia, tuyên bố là công ty duy nhất trên thế giới tái chế pin lithium lớn. Họ nhận pin đã qua sử dụng từ việc khoan dầu ở Nigeria, Indonesia và những nơi khác. Họ cũng tái chế pin lithium đã hết hạn sử dụng từ các hầm chứa tên lửa Minuteman và hàng tấn Li-ion từ các nỗ lực chiến tranh. Các bộ phận khác tại Retriev tái chế niken-cadmium, niken-kim loại-hydrua, chì, thủy ngân, kiềm, v.v.
Châu Âu và Châu Á cũng đang tích cực tái chế pin đã qua sử dụng. Trong số các công ty tái chế khác, Sony và Kim loại Sumitomo ở Nhật Bản và Umicore ở Bỉ đã phát triển công nghệ thu hồi coban và các kim loại quý khác từ pin lithium ion đã qua sử dụng.
Umicore sử dụng quy trình nhiệt độ cực cao (UHT) để tái chế pin Li-ion và NiMH. Các gói đã sử dụng được tháo dỡ và nấu chảy trong lò UHT. Các trận derby được tách thành hợp kim kim loại có chứa đồng, coban và niken, và xỉ, một chất thải đá có chứa kim loại đất hiếm. Xỉ có thể được xử lý thêm để thu hồi lithium, nhưng việc sản xuất lithium cấp pin vẫn chưa kinh tế và xỉ được sử dụng cho xây dựng. Các phương pháp đang được phát triển để chiết xuất liti để tái chế thành liti cacbonat để sản xuất Li-ion. Với mức tăng trưởng gấp 10 lần dự đoán trong việc sử dụng pin Li-ion từ năm 2020 đến năm 2030, việc tái sử dụng lithium có thể trở nên kinh tế để kim loại này lại được đưa vào sản xuất pin giống như chì cho pin axit chì.
Quy trình tái chế
Quá trình tái chế bắt đầu bằng cách phân loại pin thành các chất hóa học. Các trung tâm thu gom đặt axit chì, niken-cadmium, niken-hydrua kim loại và ion lithium vào các thùng phuy, bao tải hoặc hộp được chỉ định. Các nhà tái chế pin tuyên bố rằng việc tái chế có thể mang lại lợi nhuận nếu có sẵn một lượng pin ổn định, được phân loại theo thành phần hóa học .
Quá trình tái chế bắt đầu bằng cách loại bỏ vật liệu dễ cháy, chẳng hạn như nhựa và vật liệu cách nhiệt, bằng chất oxy hóa nhiệt đốt bằng khí. Các hạt gây ô nhiễm được tạo ra bởi quá trình đốt cháy được loại bỏ bởi máy lọc của nhà máy trước khi thải vào khí quyển. Điều này để lại các tế bào sạch sẽ và trần trụi với hàm lượng kim loại .
Sau đó, các tế bào được cắt thành từng miếng nhỏ và đun nóng cho đến khi kim loại hóa lỏng. Các chất phi kim loại bị đốt cháy, để lại một lớp xỉ đen bên trên mà cánh tay xỉ sẽ loại bỏ. Các hợp kim ổn định theo trọng lượng và được tách ra như kem từ sữa tươi khi vẫn ở dạng lỏng .
Cadmium tương đối nhẹ và bốc hơi ở nhiệt độ cao. Trong một quá trình giống như một chảo nước sôi, một chiếc quạt thổi hơi cadmium vào một ống lớn được làm mát bằng hơi nước. Hơi ngưng tụ để tạo ra cadmium tinh khiết 99,95 phần trăm .
Một số nhà tái chế không tách kim loại tại chỗ mà đổ trực tiếp kim loại lỏng vào thứ mà ngành công nghiệp gọi là “lợn” (65 pound, 24kg) hoặc “lợn” (2.000 pound, 746kg). Các nhà tái chế pin khác sử dụng cốm (7 pound, 3,17kg). Heo, heo và cốm được vận chuyển đến các nhà máy thu hồi kim loại, nơi chúng được sử dụng để sản xuất niken, crom và sắt cho thép không gỉ và các sản phẩm cao cấp khác .
Để giảm khả năng xảy ra phản ứng trong quá trình nghiền, một số nhà tái chế sử dụng dung dịch lỏng hoặc đóng băng pin lithium bằng nitơ lỏng; tuy nhiên, việc trộn pin khởi động Li-ion với loại axit chì phổ biến vẫn là một vấn đề vì Li-ion tích điện dễ nổ hơn nhiều so với axit chì .
Tái chế pin tốn nhiều năng lượng. Các báo cáo tiết lộ rằng để thu hồi kim loại từ một số loại pin tái chế cần nhiều năng lượng hơn từ 6 đến 10 lần so với từ khai thác mỏ. Ngoại lệ là pin axit chì, từ đó chì có thể được chiết xuất dễ dàng và tái sử dụng mà không cần các quy trình phức tạp. Ở một mức độ nào đó, niken từ NiMH cũng có thể được thu hồi một cách kinh tế nếu có sẵn với số lượng lớn .
Các phương pháp tái chế mới đang được phát triển để thu hồi kim loại bằng cách điện phân, còn được gọi là tái chế hóa học. Quá trình này được cho là tiết kiệm chi phí hơn và tạo ra năng suất cao hơn với ít chất gây ô nhiễm hơn so với quá trình nấu chảy truyền thống. Một giải pháp thay thế như vậy để tái chế pin axit chì đã được phát triển bởi Aqua Metals. Công nghệ này có tiềm năng cách mạng hóa các phương pháp nấu chảy truyền thống. Một quy trình điện hóa tách chì bằng cách phá vỡ kim loại thành các hạt có kích thước nano phân tán trong nước để tạo ra kim loại keo thủy điện. Quá trình này được gọi là AquaRefining. Các vấn đề kỹ thuật đang trì hoãn việc triển khai đầy đủ vào thời điểm này.
Mỗi quốc gia đặt ra các quy tắc riêng và bổ sung các mức thuế vào giá mua pin mới để việc tái chế trở nên khả thi. Ở Bắc Mỹ, một số nhà máy tái chế lập hóa đơn theo trọng lượng và tỷ lệ thay đổi tùy theo chất hóa học. Trong khi NiMH mang lại lợi nhuận khá tốt với niken, pin NiCd đã qua sử dụng ít có nhu cầu hơn do giá cadmium mềm. Do giá trị thu hồi kim loại kém, Li-ion yêu cầu phí tái chế cao hơn so với hầu hết các loại pin khác.
Việc tái chế pin Li-ion chưa mang lại lợi nhuận phải được chính phủ trợ cấp. Có một động lực để phục hồi chi phí tốn kém coban . Ngày nay không có công nghệ tái chế nào có khả năng sản xuất đủ tinh khiết liti cho lần sử dụng thứ hai trong pin. Lithium cho pin được khai thác; lithium đã qua sử dụng được sử dụng cho chất bôi trơn, thủy tinh, gốm sứ và các ứng dụng khác.
Tập đoàn JUNLEE là một nhà máy năng lượng tích hợp đầy đủ năng lượng, chuyên cung cấp Bộ lưu điện liên tục (UPS), Ắc quy axit-chì, Bộ ắc quy, Ắc quy xe điện, Ắc quy lưu trữ năng lượng, Nhà máy lưu trữ năng lượng, ắc quy Power pack Gel, Biến tần PV và Hệ thống năng lượng mặt trời.
Năng lực sản xuất đạt 200000 KVAH mỗi tháng. Sản phẩm áp dụng cho Xe điện, di động điện, hệ thống lưu trữ năng lượng mặt trời và gió, UPS, điện dự phòng, viễn thông, thiết bị y tế và chiếu sáng.
JUNLEE thành lập "Trung tâm nghiên cứu năng lượng" với nhiều sản phẩm Công nghệ cao hơn. Hơn 100 kỹ sư đã cung cấp các giải pháp một cửa kịp thời và hiệu quả.
Sứ mệnh của họ là phấn đấu mang lại nguồn năng lượng xanh cho thế giới.
Để tìm hiểu thêm về pin Li-ion, vui lòng tham khảo https://www.junleepower.com/