В связи с ожидаемым ростом электромобилей в течение следующих двух десятилетий возникает вопрос о том, как утилизировать большие литий-ионные аккумуляторные батареи, которые питают их. Инженеры ORNL провели демонстрацию, чтобы показать, что роботы могут ускорить разборку и сделать процесс более безопасным для рабочих, при этом значительно увеличивая производительность.
Лишь небольшой процент литий-ионных автомобильных аккумуляторов перерабатывается сегодня, и большинство процессов, используемых для этого, не автоматизированы, сказал Тим Макинтайр, главный исследователь отдела электрификации и энергетической инфраструктуры ORNL.
Независимо от того, хочет ли переработчик просто пройти через внешний корпус, чтобы получить доступ к батареям и заменить изношенные компоненты, или полностью переработать батареи для восстановления кобальта, лития, металлической фольги и других материалов, первым шагом является диагностика батареи для безопасного и эффективного обращения и разборки. .
«В нашей системе, когда робот берет аккумулятор и помещает его на производственную линию, он отмечает последний раз, когда к нему прикасался человек, пока он не разобран на части», - сказал Макинтайр.
Ограничение человеческого взаимодействия важно как для безопасности, так и для эффективности. Роботы быстро снимают болты и другие кожухи независимо от оставшегося заряда, в то время как операторы-люди должны выполнять сложный и длительный процесс разрядки использованных аккумуляторов, прежде чем сломать их вручную. Автоматическая разборка снижает воздействие на человека токсичных химикатов, содержащихся внутри батарей, и снижает уровень мощности, приближающийся к 900 вольт в некоторых новых автомобилях.
Автоматизированная система, разработанная как часть Института критических материалов Министерства энергетики США (CMI), может быть легко перенастроена для любого типа батарейного блока. Его можно запрограммировать на доступ только к отдельным аккумуляторным модулям для ремонта или повторного использования в качестве стационарного накопителя энергии., или батареи могут быть разобраны до уровня элементов для разделения и извлечения материалов.
Работа основана на опыте, накопленном в предыдущих проектах ORNL для CMI, которые были сосредоточены на роботизированной разборке жестких дисков для восстановления редкоземельных магнитов. Инженеры также доказали, что эти магниты можно повторно использовать в электродвигателях.
«Автоматическая разборка компонентов, содержащих критические материалы, не только исключает трудоемкую ручную разборку, но и обеспечивает эффективный процесс разделения компонентов на потоки с более высокой добавленной стоимостью, где критические материалы концентрируются в отдельных исходных материалах для вторичной переработки», - сказал директор CMI Том Лограссо. . «Эта добавленная стоимость - важная часть создания экономически жизнеспособного процесса».
Исследователи каждый раз следуют одному и тому же протоколу: вручную разбирают используемый компонент и собирают данные об этом процессе для создания роботизированных инструментов и элементов управления, необходимых для управления автоматизированной системой, - сказал Джонатан Хартер, член команды проекта ORNL.
«Промышленность не ограничена количеством аккумуляторов, которые они могут использовать в этом процессе. Уже накопилось значительное отставание. Ограничивающим фактором является время, необходимое для выполнения электрического разряда и выполнения разборки вручную », - сказал Хартер. Он подсчитал, что за время, необходимое для разборки 12 стопок батарей вручную, автоматизированная система может обработать 100 и более.
Следующим шагом может стать доведение процесса до коммерческого масштаба, и команда Макинтайра также видит возможности применения такой же системы разборки к трансмиссиям электромобилей для восстановления таких материалов, как редкоземельные магниты, медь, сталь и исправная силовая электроника. По словам Хартера, чтобы сделать переработку более экономически целесообразной, она должна осуществляться с высокой производительностью и быть достаточно гибкой, чтобы обрабатывать несколько потребительских товаров на одном предприятии.
«Если рынок электромобилей ускорится, как ожидается, в следующие 10–20 лет, нам нужно будет решить проблему потока отходов и рассматривать эти отработанные автомобили и аккумуляторы как центральные в цепочке поставок производственных материалов», - сказал он.