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버클리 연구소 과학자들은 다양한 배터리를 간단하고 경제적으로 재활용할 수 있는 재료를 발명했습니다.
리튬 이온 배터리는 전자 장치에 혁신을 가져왔으며 청정 에너지로의 빠른 전환을 가능하게 했습니다. 이 배터리는 21의 필수적인 부분이 되었습니다.성 각 배터리에 사용되는 주요 요소(리튬, 니켈, 코발트 금속 및 흑연)는 점점 더 희소해지고 비싸지고 있으며 환경 또는 공정 노동이 거의 없습니다. 의 감독 나머지 국제 공급망 중 일부<.
우리가 이미 발굴한 재료를 재사용하고 배터리 생산 공정을 모두에게 더 안전하고 공평하게 만들어야 하는 시급한 필요성이 있습니다. 출신의 과학자 팀 로렌스 버클리 국립 연구소< (Berkeley Lab)가 발명한 수상 경력에 빛나는 새로운 배터리 소재< 두 상자를 모두 선택할 수 있습니다. Quick-Release Binder라고 하는 그들의 제품은 리튬 이온 배터리의 귀중한 재료를 다른 구성 요소에서 분리하고 재사용을 위해 회수하는 것을 간단하고 저렴하게 만듭니다. 새 배터리<.
Berkeley Lab 에너지 기술 영역의 수석 과학자이자 프로젝트 리더인 Gao Liu는 “우리는 배터리 재활용이 요구 사항이 될 시점에 도달했습니다.”라고 말했습니다. Berkeley Lab 에너지 저장 센터<. “그것을 태우고 쓰레기통에 버리는 것을 멈추지 않는다면 앞으로 10년 안에 자원이 고갈될 것입니다. 그렇지 않으면 시장에서 요구하는 배터리 수를 따라잡는 것이 불가능합니다. 코발트와 니켈이 부족할 뿐입니다. 우리는 재활용해야 합니다.”
Quick-Release Binder로 만든 배터리는 개봉하여 실온의 알칼리성 물에 넣고 부드럽게 흔들기만 하면 됩니다. 분리된 요소는 물에서 쉽게 여과되고 공기 건조됩니다.
이는 먼저 배터리를 파쇄하고 연삭한 다음 배터리를 태워 다른 구성 요소에서 금속을 분리하는 현재의 리튬 이온 재활용과 뚜렷한 대조를 이룹니다. 재활용 회사는 프로세스를 최대한 효율적으로 만드는 것을 목표로 하지만 대부분의 배터리의 과거 및 현재 설계로 인해 요소 회수는 여전히 에너지 집약적이고 비용이 많이 들며 주의 깊게 관리해야 하는 독성 화학 물질을 방출합니다.
그냥 (알칼리성) 물을 추가
Berkeley Lab Energy Storage Center의 Liu와 그의 팀은 리튬-황 배터리< – Quick-Release Binder를 만들 때 개발 중인 기존 리튬 이온에 대한 가능한 대안 중 하나입니다. 리튬-황 배터리는 희소한 코발트 없이 만들 수 있고 리튬-이온보다 이론적 에너지 밀도가 더 높기 때문에 배터리 연구 및 개발 분야에서 뜨거운 개념입니다. 하지만 배터리가 상용화되려면 해결해야 할 기능적 문제가 많다. Quick-Release 바인더는 Li-S 배터리를 쉽게 재활용할 수 있게 하며 주요 성능 문제 중 하나를 해결하는 것으로 보입니다. 이 발견은 그 자체로도 매우 흥미롭지만, Liu 연구실의 박사후 연구원인 Chen Fang은 그들의 새로운 바인더 재료가 훨씬 더 큰 잠재력을 가지고 있다는 것을 깨달았습니다. 그것은 오늘날의 리튬 이온 배터리에도 사용될 수 있습니다.
바인더는 우리가 가정 용품에 사용하는 리튬 이온 및 알카라인 전지를 포함하여 대부분의 배터리 유형에 사용되는 접착제와 같은 물질입니다. 배터리에는 전류를 생성하는 전도성 화학 물질과 일관되고 내구성 있는 성능을 위해 활성 성분을 제자리에 고정하는 구조 재료로 만들어진 두 개의 전극(양전하 음극 및 음전하 양극)이 있습니다. 바인더는 이름에서 알 수 있듯이 이러한 성분을 결합하여 배터리 구조를 유지하는 데 도움을 줍니다.
새로운 Quick-Release Binder는 PEI의 양전하를 띤 질소 원자와 PAA의 음전하를 띤 산소 원자 사이의 결합을 통해 결합된 폴리아크릴산(PAA)과 폴리에틸렌이민(PEI)의 두 가지 상용 폴리머로 만들어집니다. 고체 바인더 재료를 수산화나트륨(Na+오–), 나트륨 이온이 결합 부위로 튀어 나와 두 폴리머를 분리합니다. 분리된 폴리머는 액체에 용해되어 내부에 포함된 전극 구성 요소를 자유롭게 합니다.
바인더는 양극과 음극을 만드는 데 사용할 수 있으며 가장 일반적으로 사용되는 상업용 바인더 두 가지 가격의 약 1/10입니다. “[In our recent research] 우리는 실험실 규모에서 전체 프로세스가 매우 쉽다는 것을 입증했으며 산업 규모에서도 동일하게 잘 작동하지 않을 이유가 없다고 말했습니다.”라고 Fang은 말했습니다. 그는 팀이 이 재료가 휴대폰의 작은 배터리부터 국가의 백업 에너지를 저장하기 위해 배치되는 초대형 배터리에 이르기까지 모든 크기의 배터리에 사용될 수 있다고 믿고 있다고 덧붙였습니다. 전기 그리드<.
9월 말, 기술은 R&D 100 어워드 수상< 2022년 전 세계적으로 개발된 100대 혁신 기술 중 하나로 선정되었습니다.
팀은 현재 배터리 재활용 개발자이자 설립자인 Steve Sloop와 협력하고 있습니다. 온투 테크놀로지스<, 제품 테스트를 마치고 시장에 출시합니다. 과거 실험을 통해 바인더가 고전압과 저전압에서 매우 안정적임을 입증했으며, 바인더로 리튬이온 배터리 시제품을 제작해 성능을 종합적으로 분석하고 기능성을 선보일 계획이다.
이러한 테스트가 잘 진행되면 과학자들은 상업적 제조로 순조롭게 전환할 것으로 예상합니다. Chen은 “재활용을 단순화하는 것과 같은 이유로 실제로 제조를 단순화하기 때문에 결합제를 사용하도록 현재 제조 공정을 조정하는 데 근본적인 장애물이 없습니다. 가혹한 용제 대신 물을 사용할 수 있습니다.”라고 말했습니다. 새 배터리를 만들기 위해 제조업체는 바인더를 화학 용매로 처리하여 모든 전극 구성 요소를 포함하는 슬러리를 만든 다음 전극 시트에 원하는 모양과 두께로 증착합니다. “이는 현재 제조업체가 독성 솔벤트 증기로부터 작업자를 보호하고 솔벤트의 안전한 폐기를 관리하기 위한 추가 장비 또는 시설을 설정해야 함을 의미합니다.” Quick-Release Binder는 이러한 단계를 제거합니다.
배터리 수명 주기 재설계
Sloop에 따르면 Quick-Release Binder는 배터리 설계의 패러다임 전환을 나타냅니다. 고급 배터리를 엔지니어링하고 사실 이후에 재활용 프로세스를 만들려고 시도하는 대신 Liu의 팀은 “재활용을 위한 설계”를 처음으로 수행했습니다.
Sloop는 “바인더는 저비용의 환경친화적인 처리로 ‘압축 해제’할 수 있다는 큰 특징을 가지고 있으며, 이는 고급 배터리 시스템의 경제적 및 환경적 지속 가능성을 개선함으로써 우리 모두에게 이익이 됩니다.”라고 말했습니다. “배터리에 퍼플루오로알킬 및 폴리플루오로알킬 물질이 포함되어 있지 않은 것도 대단한 성과입니다.PFAS<) – 붙지 않는 코팅 및 기타 여러 제품을 만드는 데 사용되는 화합물 계열이지만 미래를 위해 매우 중요합니다. 소비자들은 건강 문제와 관련이 있기 때문에 이를 원하지 않으며 곧 규제 당국이 우리가 이러한 화학 물질을 계속 사용할 수 없다는 데 동의할 것이라고 생각합니다.”
미래를 내다보며 Liu와 Sloop는 배터리 회사 및 바인더 제조업체와 만나 상용화에 대해 논의하고 있습니다. 그들은 모든 주요 리튬 이온 브랜드에서 사용할 수 있도록 Quick-Release 기술 라이센스를 희망합니다. 언젠가는 팀의 발명품이 지붕 아래 및 후드 아래에 있는 모든 배터리에 포함될 수 있습니다. 나머지 희토류 금속은 땅 속에 남아 있게 됩니다.
원본 기사: 헹구고 반복: 배터리를 재활용하는 쉽고 새로운 방법이 여기 있습니다<
더 보기: 로렌스 버클리 국립 연구소<
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