เปิดตัววิธีการรีไซเคิล LCO และ Ternary LIB ที่มีประสิทธิภาพสูงและประหยัดสีเขียว

2023-09-16 | Jerry Huang

หมายเหตุบรรณาธิการ: ปัจจุบันแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์หลายประเภท EV และการจัดเก็บพลังงานระดับกริด ความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วโลกยังคงเติบโตอย่างมีนัยสำคัญ เป็นที่คาดกันว่าภายในปี 2573 ปริมาณแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้แล้วทั่วโลกจะเกิน 11 ล้านตัน ซึ่งจะกลายเป็นแหล่งมลพิษขนาดใหญ่ที่อาจคุกคามสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของประชาชนอย่างร้ายแรง ในขณะเดียวกัน ความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้ความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมและโคบอลต์เพิ่มมากขึ้น ในทางกลับกัน ปริมาณลิเธียมและโคบอลต์ในแคโทด LIB จะสูงถึง 15% และ 7% โดยน้ำหนัก ตามลำดับ ซึ่งสูงกว่าปริมาณในแร่และน้ำเกลือมาก ดังนั้นการฟื้นตัวขององค์ประกอบโลหะในแคโทด LIB ที่ใช้แล้วจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อสิ่งแวดล้อม สังคม และเศรษฐกิจ ปัจจุบันการกู้คืนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสามขั้นตอน: การปรับสภาพ การสกัดโลหะ และการแยกโลหะ ในการวิจัยและพัฒนาขั้นตอนการสกัดโลหะของกระบวนการรีไซเคิล กระบวนการไฮโดรเมทัลโลหการเป็นหนึ่งในทางเลือกที่เป็นไปได้มากที่สุด เนื่องจากมีอัตราการชะล้างโลหะสูงและความบริสุทธิ์ที่น่าพอใจของผลิตภัณฑ์ที่นำกลับมาใช้ใหม่ อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ไม่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และไม่ประหยัดมากนัก เนื่องจากการใช้กรดอนินทรีย์ทำให้เกิดผลพลอยได้ที่เป็นอันตราย ในขณะที่กรดอินทรีย์ต้องการตัวรีดิวซ์เพิ่มเติมหรือเวลาในการทำปฏิกิริยานานขึ้น และอุณหภูมิที่สูงขึ้นสำหรับการนำโลหะกลับมาใช้ใหม่

นักวิจัยจากทีม Zhong Lin Wang นำเสนอวิธีการรีไซเคิล LIB ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม มีประสิทธิภาพสูง และประหยัด ซึ่งรวมถึงแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ (LCO) และแบตเตอรี่ลิเธียมแบบไตรภาค

เชิงนามธรรม

ด้วยแนวโน้มทั่วโลกที่มีต่อความเป็นกลางของคาร์บอน ความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (LIB) จึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม วิธีการรีไซเคิลในปัจจุบันสำหรับ LIB ที่ใช้แล้วจำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงอย่างเร่งด่วนในแง่ของความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ต้นทุน และประสิทธิภาพ ที่นี่เราเสนอวิธีการเร่งปฏิกิริยาด้วยกลไกซึ่งมีชื่อว่า contact-electro-catalysis โดยใช้อนุมูลที่เกิดจากการสัมผัสกระแสไฟฟ้าเพื่อส่งเสริมการชะล้างของโลหะภายใต้คลื่นอัลตราโซนิก นอกจากนี้เรายังใช้ SiO2 เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่สามารถรีไซเคิลได้ในกระบวนการนี้ สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมโคบอลต์ (III) ออกไซด์ ประสิทธิภาพการชะล้างสูงถึง 100% สำหรับลิเธียมและ 92.19% สำหรับโคบอลต์ที่ 90 °C ภายใน 6 ชั่วโมง สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมแบบไตรภาค ประสิทธิภาพการชะล้างของลิเธียม นิกเกิล แมงกานีส และโคบอลต์สูงถึง 94.56%, 96.62%, 96.54% และ 98.39% ที่ 70 °C ตามลำดับ ภายใน 6 ชั่วโมง เราคาดหวังว่าวิธีการนี้สามารถให้แนวทางที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม มีประสิทธิภาพสูง และประหยัดสำหรับการรีไซเคิล LIB ซึ่งตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณสำหรับการผลิต LIB

อ้างอิง

https://doi.org/10.1038/s41560-023-01348-y