По данным компании Discovery Research Group, в 2023 году в Россию было импортировано 17 млн литий-ионных аккумуляторов. Все они, скорее всего, сегодня стоят в ноутбуках, мобильных телефонах, фото- и видеокамерах, так как именно для этих устройств являются источниками питания номер один.

Такая популярность литиевых батарей в производстве перечисленной техники обусловлена тем, что они недорогие, энергоемкие и легкие. Поэтому гаджеты с ними получаются компактными, долго держат заряд и имеют относительно невысокую цену.

При всех этих плюсах литий-ионные аккумуляторы имеют и минусы. В частности, их непросто утилизировать. А в условиях большого роста числа электронных устройств, а также электротранспорта, где тоже стоят литиевые батареи, эта проблема становится все более актуальной.

Ученые СПбГУ придумали решение. Они нашли простой и дешевый способ переработки батарей на литии, с помощью которого можно выделять из них графит, один из важных компонентов аккумулятора, чтобы затем использовать его повторно.

Почему специалисты сосредоточились именно на графите? Потому что из него делают один из основных компонентов аккумулятора — анод, на котором происходит реакция окисления и образование электронов. Графит был выбран для изготовления анодов неслучайно, так как обладает важными свойствами. Он термостойкий, легкий, а также не подвержен коррозии и имеет высокую электро- и теплопроводность.

В литий-ионной батарее в противоположность аноду есть катод. На нем протекает процесс восстановления и потери электронов. Энергия образуется как раз за счет перемещения электронов от анода к катоду.

Качество аккумулятора сильно зависит от свойств материалов и в аноде, и в катоде. В частности, чистота графита влияет на плотность энергии — ее количество, которое может хранить аккумулятор. Обычно в первичном производстве используют графит 99 % чистоты. Добиться такого показателя при переработке устаревших батарей очень тяжело.

Но ученым СПбГУ это удалось.

По словам ученого, новый способ подразумевает использование плазменной обработки в специальной электрохимической ячейке, а затем проведение нескольких этапов очистки. Улучшение электрохимических характеристик происходит за счет расширения и аморфизации верхних слоев графита. В результате повышается емкость, при этом материал возвращается к исходному состоянию и приобретает необходимую стабильность для повторного использования в аккумуляторах при многократных циклах зарядки-разрядки.

По сравнению с существующими методами переработки подход ученых СПбГУ лишен их минусов и имеет важные плюсы. Так, известные технологии очень энергозатратны, технически сложны, не позволяют получать достаточно чистый графит и, что самое важное, улучшать его характеристики. Метод исследователей Университета, как было сказано выше, помогает добиться нужной чистоты и сделать материал еще лучше. При этом, по прогнозам исследователей, реализация способа не будет требовать больших финансовых затрат и сложного оборудования. За счет своих преимуществ технология поможет не только снизить количество отходов, но и сохранить ресурсы, чем поможет улучшить экологическую обстановку.

Метод переработки графита химиков Университета можно использовать везде, где требуется улучшение электрохимических характеристик этого материала для последующего применения в производстве химических источников тока.

Сегодня российский рынок литий-ионных аккумуляторов в основном представлен зарубежными производителями, отечественные компании занимают на нем небольшую долю. Вероятно, именно им может быть в первую очередь интересна технология ученых СПбГУ.

Как рассказал Олег Левин, процесс переработки графита по технологии специалистов СПбГУ пока отработан только в лабораторных условиях. Но исследователи уже приступили к масштабированию метода и подбору необходимого для этого оборудования, которое можно собрать, используя только отечественные детали.

На данный момент способ ученых многократно апробирован в лабораториях СПбГУ. Исследователи также провели испытания полученных образцов графита и доказали, что переработанный новым способом материал имеет лучшие характеристики по сравнению с необработанным.

Ученые СПбГУ могут предоставить пробные образцы для оценки, а также готовы сотрудничать с потенциальными заказчиками, проводить необходимые эксперименты и обсуждать совместные научные исследования для доработки технологии, если это потребуется.