Groene, zeer efficiënte en economische methode vrijgegeven voor het recyclen van LCO en ternaire LIB's
| 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, waaronder lithiumkobaltoxidebatterijen (LCO) en ternaire lithiumbatterijen.
Abstract
Met de mondiale trend naar koolstofneutraliteit neemt de vraag naar lithium-ionbatterijen (LIB’s) voortdurend toe. De huidige recyclingmethoden voor gebruikte LIB's moeten echter dringend worden verbeterd op het gebied van milieuvriendelijkheid, kosten en efficiëntie. Hier stellen we een mechano-katalytische methode voor, genaamd contact-elektro-katalyse, waarbij gebruik wordt gemaakt van radicalen die worden gegenereerd door contactelektrificatie om het uitlogen van metaal onder de ultrasone golf te bevorderen. Ook gebruiken we SiO2 als recycleerbare katalysator in het proces. Voor lithiumkobalt(III)oxide-batterijen bereikte de uitlogingsefficiëntie binnen 6 uur 100% voor lithium en 92,19% voor kobalt bij 90 °C. Voor ternaire lithiumbatterijen bedroeg de uitlogingsefficiëntie van lithium, nikkel, mangaan en kobalt respectievelijk 94,56%, 96,62%, 96,54% en 98,39% bij 70 °C binnen 6 uur. We verwachten dat deze methode een groene, zeer efficiënte en economische benadering kan bieden voor LIB-recycling, waarmee tegemoet wordt gekomen aan de exponentieel groeiende vraag naar LIB-producties.
Referentie
https://doi.org/10.1038/s41560-023-01348-y