Een efficiënte, groene en economische methode voor het recyclen van LFP-batterijen
| Jerry Huang
Noot van de redactie: Lithium-ionbatterijen worden nu veel gebruikt in een verscheidenheid aan elektronische apparaten, elektrische voertuigen en energieopslag op elektriciteitsnet. De mondiale vraag naar lithium-ionbatterijen blijft aanzienlijk groeien. Er wordt geschat dat in 2030 het mondiale volume aan gebruikte lithium-ionbatterijen de 11 miljoen ton zal overschrijden, wat een enorme bron van vervuiling zal worden die het milieu en de volksgezondheid ernstig zou kunnen bedreigen. Tegelijkertijd vertaalt de groeiende vraag naar lithium-ionbatterijen zich in een groeiende vraag naar lithium en kobalt. Aan de andere kant is het gehalte aan lithium en kobalt in LIB-kathoden respectievelijk 15% en 7% gew, wat veel hoger is dan dat in ertsen en pekel. Daarom is de terugwinning van metaalelementen in gebruikte LIB-kathodes van grote ecologische, sociale en economische betekenis. Momenteel is de terugwinning van lithium-ionbatterijen hoofdzakelijk verdeeld in drie stappen: voorbehandeling, metaalextractie en metaalscheiding. Bij het onderzoek en de ontwikkeling van de metaalextractiestap van het recyclingproces is het hydrometallurgische proces een van de meest haalbare opties vanwege de hoge metaaluitlogingssnelheid en de bevredigende zuiverheid van de teruggewonnen producten. Het proces is echter niet zo milieuvriendelijk en ook niet erg economisch, omdat het gebruik van anorganische zuren gevaarlijke bijproducten met zich meebrengt; terwijl organische zuren extra reductiemiddelen of langere reactietijden en hogere temperaturen vereisen voor metaalterugwinning.
Onderzoekers van het Zhong Lin Wang-team brengen ons een mogelijke methode die groen, zeer efficiënt en economisch is voor het recyclen van LIB's, vooral LFP-batterijen.
Abstract
De recycling van lithium-ijzerfosfaatbatterijen (LFP's), die meer dan 32% van het wereldwijde marktaandeel van lithium-ionbatterijen (LIB) vertegenwoordigen, heeft de aandacht getrokken vanwege de waardevolle elementbronnen en bezorgdheid over het milieu. De modernste recyclingtechnologieën, die doorgaans gebaseerd zijn op elektrochemische of chemische uitlogingsmethoden, hebben echter kritieke problemen zoals vervelende procedures, een enorm verbruik van chemicaliën en elektriciteit en secundaire vervuiling. Hier rapporteren we een innovatief, zelfaangedreven systeem dat bestaat uit een elektrochemische LIB-recyclingreactor en een tribo-elektrische nanogenerator (TENG) voor het recyclen van verbruikt LFP. In de elektrochemische LIB-recyclingreactor wordt het Cl−/ClO−-paar dat elektrochemisch in een NaCl-oplossing wordt gegenereerd, gebruikt als de redoxmediator om LFP af te breken in FePO4 en Li+ via de redox-gerichte reactie zonder extra chemicaliën. Bovendien is een TENG die gebruik maakt van afgedankte componenten van LIB's, waaronder behuizingen, aluminium-kunststoffilms en stroomafnemers, ontworpen om secundaire verontreinigende stoffen drastisch te minimaliseren. Bovendien oogst de TENG windenergie en levert een vermogen van 0,21 W voor het voeden van het elektrochemische recyclingsysteem en het opladen van batterijen. Daarom vertoont het voorgestelde systeem voor het recyclen van gebruikte LFP een hoge zuiverheid (Li2CO3, 99,70% en FePO4, 99,75%), zelfaangedreven eigenschappen, een vereenvoudigde behandelingsprocedure en een hoge winst, wat de duurzaamheid van LIB-technologieën kan bevorderen.
Referentie
http://dx.doi.org/10.1039/D3EE01156A