В эпоху стремительного роста производства литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) проблема переработки отработанных батарей становится одной из ключевых для устойчивого развития. Мировой рынок ЛИА уже к 2025 году должен достичь 1700 ГВт·ч, и этот рост неизбежно ведет к накоплению тонн отслуживших устройств. В ответ на этот вызов международный коллектив ученых (Россия-Китай-Ирландия-США) провел масштабный анализ методов прямой регенерации (релитиации) катодных материалов, результаты которого опубликованы в журнале Advanced Science (IF=14,3)

Авторы предлагают систематизированный подход к сравнению пяти основных методов прямой регенерации катодов. Чтобы избежать субъективности, исследователи использовали гармонизированную систему оценки, разделенную на три группы метрик:

Группа I (Технико-экономические показатели): Включает стоимость материалов, энергопотребление, затраты на оборудование, длительность процесса и требования к производственным площадям.

Группа II (Электрохимическая производительность): Оценивает восстановление емкости, стабильность циклирования и скоростные характеристики (rate capability) восстановленных материалов.

Группа III (Экологическое воздействие): Учитывает выбросы CO₂, связанные с энергопотреблением и химическими реакциями, а также токсикологическую опасность используемых реагентов.

Такой многокритериальный анализ позволяет увидеть не только эффективность метода в лабораторных условиях, но и его потенциал для масштабирования в промышленность.

Основные результаты сравнения методов

В работе были проанализированы пять подходов к релитиации: твердофазная релитиация (SSR), гидротермальная обработка (Hydro), термохимия расплавленных солей (MST), электрохимический метод (EC) и химический метод (Chem).

Экономическая эффективность (Группа I):

Лидирующие позиции занимают методы твердофазной (SSR) и гидротермальной (Hydro) релитиации. Они демонстрируют высокую статистическую надежность и оптимальное соотношение затрат. Электрохимический метод (EC), несмотря на низкое энергопотребление (143,0 кДж·г⁻¹), проигрывает из-за высокой стоимости материалов и оборудования. Химический метод (Chem) остается конкурентоспособным, однако требует дорогостоящих реагентов.

Восстановление свойств (Группа II):

Здесь лидируют методы MST и SSR, показывая наилучшее восстановление емкости и скоростных характеристик. Электрохимический метод демонстрирует отличную стабильность циклирования, но уступает в восстановлении емкости для сильно деградированных материалов. Важно отметить, что для катодов с высоким содержанием никеля (Ni-rich, например, NMC811) наиболее перспективными являются методы, включающие кратковременный высокотемпературный этап, что позволяет восстановить кристаллическую структуру.

Экологический след (Группа III):

Уровень выбросов CO₂ напрямую коррелирует с энергопотреблением. Наименьший углеродный след у электрохимического метода (EC), за ним следует химический (Chem). Однако химический метод имеет существенный недостаток — высокую токсичность используемых реагентов (органические растворители, редокс-медиаторы), что классифицируется как высокая опасность. Электрохимический метод в этом плане более сбалансирован.

Интегральная оценка и перспективы

Суммарный анализ всех трех групп критериев показал, что химический метод (Chem) лидирует по интегральному баллу (72,3 пункта), однако его внедрение сдерживается экологическими рисками. Методы с контролем энергии (SSR, Hydro, MST, EC) показывают близкие результаты в диапазоне 60–65 пунктов.

Авторы подчеркивают, что разрыв между растущим объемом отходов аккумуляторов и существующими мощностями по переработке продолжает увеличиваться. Для преодоления этого кризиса необходим переход от лабораторных исследований к промышленным пилотным проектам.

Предложенная дорожная карта включает в себя:

• Углубленное изучение механизмов деградации.
• Проведение технико-экономического анализа (TEA) и оценки жизненного цикла (LCA).
• Валидацию на пилотных линиях и демонстрационных установках.

Данное исследование представляет собой не просто каталогизацию методов, а дорожную карту для промышленности и науки. Оно показывает, какие технологии имеют наибольший потенциал для масштабирования, а какие требуют доработки. Авторы подчеркивают, что выбор метода регенерации должен быть гибким и зависеть от конкретных условий (тип сырья, требования к конечному продукту, региональная стоимость электроэнергии).

В заключение предлагается стратегия: от глубокого понимания механизмов деградации и многокритериальной оценки в лабораториях к жизнеспособным гибридным решениям, прошедшим проверку на пилотных установках.

В данной работе принимали участие научные сотрудники ФИЦ ПХФ и МХ РАН:
Е. Белецкий, Е. Евщик, А. Шиховцева, В. Колмаков, Л. Шмыглева

Работа объединила усилия ведущих научных центров из России, Китая, Ирландии и США:

• Харбинский технологический институт (HIT), Китай .
• Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН (Черноголовка), Россия 
• Институт химии Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ), Россия.
• Тринити-колледж (Дублин), Ирландия
• Университет Вирджинии (Шарлоттсвилл), США 

Evgenii Beletskii, Elizaveta Evshchik, Anna Shikhovtseva, Valery Kolmakov, Andrey Popov, Svetlana Eliseeva, Lyubov Shmygleva, Yurii K. Gun’ko, Valentin Romanovski // Direct Recycling of Mixed-Oxide Cathodes: Balancing Cost,Performance and Environmental Trade-Offs // Advanced Science, 2026; Q-1, IF=14.3

https://doi.org/10.1002/advs.202519076