Grüne, hocheffiziente und wirtschaftliche Methode für das Recycling von LCO und ternären LIBs veröffentlicht
| Jerry Huang
Anmerkung des Herausgebers: Lithium-Ionen-Batterien werden mittlerweile häufig in einer Vielzahl von elektronischen Geräten, Elektrofahrzeugen und Energiespeichern im Netzmaßstab verwendet. Die weltweite Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien wächst weiterhin deutlich. Es wird geschätzt, dass bis 2030 die weltweite Menge an verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien 11 Millionen Tonnen übersteigen wird, was zu einer enormen Verschmutzungsquelle werden wird, die die Umwelt und die öffentliche Gesundheit ernsthaft gefährden könnte. Gleichzeitig führt die wachsende Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien zu einer wachsenden Nachfrage nach Lithium und Kobalt. Andererseits beträgt der Lithium- und Kobaltgehalt in LIB-Kathoden bis zu 15 bzw. 7 Gew.-% und ist damit viel höher als in Erzen und Solen. Daher ist die Rückgewinnung von Metallelementen in verbrauchten LIB-Kathoden von großer ökologischer, sozialer und wirtschaftlicher Bedeutung. Derzeit gliedert sich die Rückgewinnung von Lithium-Ionen-Batterien hauptsächlich in drei Schritte: Vorbehandlung, Metallextraktion und Metalltrennung. Bei der Erforschung und Entwicklung des Metallextraktionsschritts des Recyclingprozesses ist der hydrometallurgische Prozess aufgrund seiner hohen Metallauslaugungsrate und der zufriedenstellenden Reinheit der gewonnenen Produkte eine der praktikabelsten Optionen. Allerdings ist das Verfahren weder besonders umweltfreundlich noch sehr wirtschaftlich, da der Einsatz anorganischer Säuren gefährliche Nebenprodukte mit sich bringt; während organische Säuren zusätzliche Reduktionsmittel oder längere Reaktionszeiten und höhere Temperaturen für die Metallrückgewinnung erfordern.
Forscher des Zhong Lin Wang-Teams stellen uns eine mögliche Methode vor, die umweltfreundlich, hocheffizient und wirtschaftlich für das Recycling von LIBs ist, einschließlich Lithium-Kobaltoxid-Batterien (LCO) und ternären Lithiumbatterien.
Abstrakt
Mit dem globalen Trend zur CO2-Neutralität steigt die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) kontinuierlich. Die derzeitigen Recyclingmethoden für verbrauchte LIBs müssen jedoch im Hinblick auf Umweltfreundlichkeit, Kosten und Effizienz dringend verbessert werden. Hier schlagen wir eine mechanokatalytische Methode vor, die als Kontaktelektrokatalyse bezeichnet wird und bei der durch Kontaktelektrisierung erzeugte Radikale genutzt werden, um die Metallauslaugung unter der Ultraschallwelle zu fördern. Wir nutzen dabei auch SiO2 als recycelbaren Katalysator. Bei Lithium-Kobalt(III)-Oxid-Batterien erreichte die Auslaugungseffizienz bei 90 °C innerhalb von 6 Stunden 100 % für Lithium und 92,19 % für Kobalt. Bei ternären Lithiumbatterien erreichten die Auslaugungseffizienzen von Lithium, Nickel, Mangan und Kobalt innerhalb von 6 Stunden 94,56 %, 96,62 %, 96,54 % bzw. 98,39 % bei 70 °C. Wir gehen davon aus, dass diese Methode einen umweltfreundlichen, hocheffizienten und wirtschaftlichen Ansatz für das LIB-Recycling bieten und so der exponentiell wachsenden Nachfrage nach LIB-Produktionen gerecht werden kann.
Referenz
https://doi.org/10.1038/s41560-023-01348-y