Совместное допереработка отработанных литий-ионных батарей и пластика в материалы, поглощающие микроволны, с контролем катализатора Ni-Co

Превращение старых батарей и пластикового мусора в полезные экраны

Горы отслуживших своих срок электромобильных батарей и пластиковая упаковка — одни из самых острых проблем современных отходов. В этом исследовании показан способ решить обе задачи одновременно: превращать отработанные литий-ионные батареи и смешанные пластиковые отходы в новый материал, способный поглощать нежелательные микроволны. Такие материалы важны для уменьшения электронных помех и улучшения технологий маловыраженности (стелс), причём подход снижает загрязнение и позволяет вернуть ценные металлы.

Почему с батареями и пластиком трудно обращаться

Литий-ионные батареи в электромобилях обычно служат лишь пять–восемь лет, после чего их заменяют, оставляя большие объёмы использованных батарейных модулей, насыщенных критическими металлами — никелем, кобальтом, марганцем и литием. Одновременно ежегодно производится более 380 миллионов тонн пластика, большая часть которого разлагается с трудом и загрязняет землю и океаны. Традиционные методы обращения с этими отходами — сжигание пластика или выплавка батарей — потребляют много энергии, выделяют парниковые газы и токсичные дымовые газы и часто лишь возвращают рассыпчатые металлы, вместо того чтобы получать материалы более высокой добавленной стоимости.

«Готовка» отходов вместе для получения крошечных трубочек

Исследователи разработали процесс, в котором измельчённый порошок катодов батарей и смешанные пластики нагревают вместе в закрытом стальном реакторе. Ключевой составляющей является распространённый пластик из бутылок для напитков — полиэтилентерефталат (ПЭТ), смешанный с другими пластиками, такими как полиэтилен и полипропилен. При нагревании до примерно 550 °C пластики разрушаются с образованием газов, которые восстанавливают оксиды металлов в материале батареи и одновременно служат источником углерода. Атомы никеля и кобальта скапливаются в очень мелкие частицы, а литий уходит в виде карбоната лития, который затем можно вымыт водой.

Как ПЭТ сохраняет активность металла

Во многих процессах превращения пластика в углерод каталитические металлы быстро «забиваются» — толстые слои углерода покрывают их поверхность и останавливают дальнейшие реакции. Здесь ПЭТ меняет состав образующихся газов так, что углерод не просто накапливается. Его разложение даёт оксид углерода и углекислый газ, которые способствуют удалению неупорядоченного углерода и при этом позволяют углеродным газам поддерживать рост упорядоченных углеродных нанотрубок. Образующийся карбонат лития также действует как распорка, не давая частицам никеля и кобальта вырасти больше примерно чем до 100 нанометров. Контроль размера сохраняет металлы высокоактивными и направляет рост плотных «лесов» нанотрубок, переплетённых с крошечными частицами металлов и оксидов марганца.

От чёрного порошка к микроволновому экрану

После начального этапа «совместной пиролизы» твёрдый продукт кратковременно подогревают снова при примерно 800 °C в инертной атмосфере. Эта вторая обработка очищает оставшийся рыхлый углерод и улучшает упорядоченность и электрическую проводимость нанотрубок. Конечный материал — лёгкий композит, в котором частицы металлов и оксидов металлов встроены в проводящую сеть многослойных углеродных нанотрубок. При испытаниях в диапазоне обычных радарных и коммуникационных частот этот порошок — смешанный с простым связующим — демонстрирует сильное поглощение микроволн. При толщине покрытия около 2,4 миллиметра он может поглощать более 90% падающих волн в полосе шириной 7 гигагерц, а глубина максимального поглощения ещё больше.

Экологические и экономические преимущества

Помимо лабораторных показателей, команда оценивала, как этот путь апсайклинга соотносится с тремя основными промышленными методами переработки: высокотемпературной выплавкой, химическим выщелачиванием и прямой регенерацией катодов. С помощью анализа жизненного цикла и модели переработки батарей они обнаружили, что метод совместной пиролизы потребляет меньше энергии и воды и даёт значительно меньше выбросов парниковых газов на килограмм обработанных отходов. Он также избегает сильных минеральных кислот, извлекая литий в виде карбоната лития простой промывкой водой. Поскольку конечный продукт — высокоценный материал, поглощающий микроволны, по их модели процесс может приносить существенно большую прибыль, чем традиционные маршруты переработки.

Что это означает для повседневной жизни

Проще говоря, исследование показывает, что вчерашние батареи электромобилей и одноразовый пластик могут превратиться в завтрашние высокотехнологичные экраны для управления электромагнитными волнами. За счёт умелого контроля над тем, как пластик разлагается, и над поведением металлических частиц при нагреве, исследователи превращают смешанный мусор в тонкий чёрный порошок, который одновременно восстанавливает критические металлы и работает как мощный поглотитель микроволн. Это предлагает практичный путь снижения отходов, уменьшения климатического воздействия и создания передовых материалов из ресурсов, которые в противном случае были бы выброшены.

Цитирование: Qiu, B., Hou, Y., Shi, Z. et al. Co-upcycling spent lithium-ion batteries and plastics into microwave absorbing materials with Ni-Co catalyst control. Nat Commun 17, 2822 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69501-1

Ключевые слова: переработка литий-ионных батарей, апсайклинг пластиковых отходов, углеродные нанотрубки, материалы, поглощающие микроволны, циркулярная экономика