Электрохимический разряд отработанных литий-ионных батарей в редокс-электролите K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]
DOI:
https://doi.org/10.18321/cpc24(3)317-332Ключевые слова:
отработанные литий-ионные батареи, электрохимический разряд, редокс-электролит, берлинская лазурь, методология поверхности отклика, пассивацияАннотация
Разряд отработанных литий-ионных батарей (ЛИБ) является одним из ключевых этапов их переработки. Основной целью разряда отработанных ЛИБ является предотвращение возгораний и обеспечение безопасности при механическом дроблении батарей на последующих этапах переработки. В настоящей работе исследован электрохимический разряд цилиндрических ЛИБ в редокс-электролите K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6].
С помощью методологии поверхности отклика (центрально-композитный ротатабельный план) установлено, что эффективность разряда определяется совместным влиянием концентрации электролита и температуры. Показано, что эффективность разряда (De) при изменении температуры имеет немонотонный (V-образный) характер: максимальная эффективность достигается при 20 °C, снижается при 50 °C и частично восстанавливается при 71-80 °C. Причина нелинейности температурного эффекта объясняется конкуренцией двух процессов – ростом ионной проводимости раствора при повышении температуры и ускоренным формированием пассивирующего слоя берлинской лазури Fe4[Fe(CN)6]3 на поверхности положительного контакта.
Оптимальные условия разряда (концентрация электролита 25 мас.%, температура 20 °C, мощность ультразвукового воздействия 120 Вт) позволили достичь эффективности разряда 18,3% за 4 ч. Применение ультразвука обеспечило дополнительный прирост эффективности на 4,2% (в абсолютном выражении) предположительно за счет механического разрушения формирующегося пассивирующего слоя и интенсификации массопереноса. Полученные результаты демонстрируют перспективность использования редокс-электролита K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6] в сочетании с ультразвуковым воздействием для безопасного разряда отработанных литий-ионных батарей и дают объяснение наблюдаемой температурной зависимости эффективности разряда.
Библиографические ссылки
(1) J.B. Goodenough, K.-S. Park. The Li-Ion Rechargeable Battery: A Perspective. Journal of the American Chemical Society 135 (2013) 1167-1176. Crossref
(2) Battery 2030: Resilient, sustainable, and circular. McKinsey & Company, January 2023. Available online: URL
(3) G. Harper, R. Sommerville, E. Kendrick, L. Driscoll, P. Slater, et al. Recycling lithium-ion batteries from electric vehicles. Nature 575 (2019) 75-86. Crossref
(4) J. Xiao, J. Li, Z. Xu. Challenges to future development of spent lithium ion batteries recovery from environmental and technological perspectives. Environmental Science & Technology 54 (2020) 9-25. Crossref
(5) E. Mossali, N. Picone, L. Gentilini, O. Rodriguez, J.M. Pérez, et al. Lithium-ion batteries towards circular economy: A literature review of opportunities and issues of recycling treatments. Journal of Environmental Management 264 (2020) 110500. Crossref
(6) N. Garg, S. Pekkinen, E. Martinez González, R. Serna-Guerrero, P. Peljo, et al. Enhanced electrochemical discharge of Li-ion batteries for safe recycling. Sustainable Energy & Fuels 8 (2024) 2777-2788. Crossref
(7) M. Shi, Y. Ren, J. Cao, Z. Kuang, X. Zhuo, et al. Current Situation and Development Prospects of Discharge Pretreatment during Recycling of Lithium-ion Batteries: A Review. Batteries & Supercaps 7 (2024) e202300477. Crossref
(8) S. Ojanen, M. Lundström, A. Santasalo-Aarnio, R. Serna-Guerrero. Challenging the concept of electrochemical discharge using salt solutions for lithium-ion batteries recycling. Waste Management 76 (2018) 242-249. Crossref
(9) Y. Wang, H. Du, Y. Zhao, Y. Kang, J. Zhang, et al. Physical Discharge of Spent Lithium-Ion Batteries Induced Copper Dissolution and Deposition. ChemSusChem 18 (2025) e202401458. Crossref
(10) Y. Liu, Z. Shu, Y. Ding, T. Yan, Q. Xu, et al. A comprehensive review of pre-treatment discharge of the spent lithium-ion cells. Journal of Energy Storage 112 (2025) 115497. Crossref
(11) A.J. Bard, L.R. Faulkner. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. 2nd ed. John Wiley & Sons, New York, 2001.
(12) A. Raveendran, M. Chandran, R. Dhanusuraman. A comprehensive review on the electrochemical parameters and recent material development of electrochemical water splitting electrocatalysts. RSC Advances 13 (2023) 3843-3876. Crossref
(13) S. Bhattacharya. Central Composite Design for Response Surface Methodology and Its Application in Pharmacy. In: P. Kayaroganam (Ed.), Response Surface Methodology in Engineering Science. IntechOpen, 2021. Crossref
(14) B. Benedetti, V. Caponigro, F. Ardini. Experimental Design Step by Step: A Practical Guide for Beginners. Critical Reviews in Analytical Chemistry 52 (2022) 1015-1028. Crossref
(15) C. Lei, I. Aldous, J.M. Hartley, D.L. Thompson, S. Scott, et al. Lithium ion battery recycling using high-intensity ultrasonication. Green Chemistry 23 (2021) 4710-4715. Crossref
(16) R.F. Gunst. Response Surface Methodology: Process and Product Optimization Using Designed Experiments (Book Review). Technometrics 38 (1996) 284-286. Crossref
(17) A. Mondal, Y. Fu, W. Gao, C.C. Mi. Pretreatment of Lithium Ion Batteries for Safe Recycling with High-Temperature Discharging Approach. Batteries 10 (2024) 37. Crossref
(18) Cylindrical Cells. Available online: URL
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 А.А. Григорьев, М.А. Рябичева, А.Е. Нуртазина, Ф.И. Мальчик
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Как цитировать
