Переробка чорної маси сприяє розвитку космічних місій із замкнутим циклом.

Здатність повторно використовувати цінні ресурси в космічній сфері є критично важливою навичкою для виживання майбутніх колоністів. Вчені з університету Райса розробили метод переробки відпрацьованих літій-іонних батарей, який використовує мікрохвильово-індуковану плазму. Цей підхід дозволяє ефективно вилучати майже всі важливі складові акумуляторів, знижуючи при цьому витрати на хімічні реакції та енергетичні ресурси.

Йдеться про попередню обробку так званої black mass -- подрібненої суміші матеріалів зі старих батарей, що містить літій, кобальт, нікель, марганець, алюміній і графіт. Команда показала, що після 15-хвилинної обробки в спеціальному плазмовому реакторі можна вибірково повернути близько 85% літію у воді та приблизно 95% перехідних металів у 1-молярній лимонній кислоті за кімнатної температури. Окремо важливо, що процес не лише спрощує вилучення металів, а й відновлює графіт, який у звичайних схемах переробки часто деградує та втрачає цінність.

Автори зазначають, що комбінація плазми, мікрохвильового збудження та локального нагріву сприяє змінам у структурі оксидів катодних матеріалів, що дозволяє легше видобувати метали за допомогою м'якших розчинників. Як повідомляє Rice University, ця технологія вже отримала патент, а попередній техніко-економічний аналіз вказує на її потенціал перевершити деякі сучасні промислові методи, зокрема завдяки можливості відновлення графіту у формі, що підходить для повторного використання.

Як відбувається процес? Спочатку старі акумулятори перетворюються на порошкоподібну масу, відому як "чорна маса". Далі цю масу обробляють за допомогою плазми, яка генерується мікрохвилями. Ця процедура дозволяє розхитати і частково змінити структуру металевих сполук, що спрощує подальше видалення літію водою, а інші цінні метали можна вилучити за допомогою слабкого розчину лимонної кислоти. Одночасно відбувається очищення та відновлення графіту, який згодом можна використовувати для виробництва анодів нових батарей.

Чому це має значення? Для галузі космічних технологій ця розробка є особливо актуальною, оскільки майбутні бази на Місяці чи Марсі вимагатимуть максимально ефективного використання ресурсів. Якщо цінні метали та графіт можна буде успішно відновлювати з відпрацьованих батарей з меншими енергетичними витратами та без використання агресивних хімічних реагентів, це може суттєво зменшити кількість витратних матеріалів, які потрібно буде транспортувати з Землі.