LIB Katotlarının Geri Dönüşümü İçin Başka Bir Düşük Maliyetli ve Yeşil Teknoloji Ortaya Çıkarıldı
| Jerry Huang
Editörün notu: Tüketici elektroniği, elektrikli araç ve şebeke enerji depolama alanlarındaki hızlı gelişim, lityum iyon pillere (LIB) olan talebi büyük ölçüde artırmıştır. Ancak, yalnızca 6-8 yıllık bir kullanım ömrüne sahip olan 11 milyon tondan fazla pilin 2030 yılına kadar ömrünün dolması bekleniyor ve bu durum benzeri görülmemiş kaynak baskılarına, çevresel risklere ve ekonomik zorluklara yol açıyor. Şu anda, Li, Co, Ni ve Mn gibi yüksek değerli elementler içeren geri dönüştürülmüş katot malzemeleri (özellikle katmanlı metal oksitler, LMO'lar), bu geri dönüşüm çalışmalarının odak noktasıdır.
İşte PKU'daki Quanquan Pang ekibi ile WUT'deki Jiashen Meng ekibinin, özellikle LMO'lar olmak üzere kullanılmış LIB katotlarının geri dönüşümü konusunda sunduğu bir başka yaklaşım. Tüm araştırmacılara saygılarımla teşekkür ederim.
Özellikle, bu LTMS-ECR yaklaşımı, elektrotları "siyah toz" haline getirme adımına gerek kalmadan, alüminyum akım kollektörlerine bağlı olan kullanılmış katotları doğrudan işler ve ön işlem adımlarını önemli ölçüde basitleştirir.
LTMS-ECR teknolojisinin, tekrar kullanılabilir düşük maliyetli erimiş tuz elektrolitleri ve Li2O ile birlikte yüksek değerli yan ürünler olan Co3O4 ve LiCl kullanımı sayesinde kullanılmış pillerin geri dönüşümünde 1,86 ABD doları/kg gibi yüksek bir karlılık potansiyeline sahip olduğu ve pirometalurjik ve hidrometalurjik teknolojilere göre yaklaşık on kat daha fazla bir iyileştirme sağladığı iddia ediliyor.
Teknik, ekonomik ve çevresel etki analizleri, LTMS-ECR'nin dikkate değer bir ekonomik uygulanabilirlik ve karbon sürdürülebilirliği sergilediğini göstermektedir. Yüksek geri kazanım verimliliği, düşük enerji tüketimi ve çevre dostu yapısı, katot malzemesi geri dönüşümü için devrim niteliğinde bir kimyasal yol sunmaktadır.
Soyut
Elektrokimyasal geri dönüşüm (ECR), kullanılmış katmanlı metal oksitleri (LMO'lar) parçalamak için yenilenebilir enerjiden yararlanan umut verici bir strateji sunmaktadır. Ancak, mevcut ECR yaklaşımları, elektrolit olarak alkali karbonat veya klorür eriyikleri kullanan yüksek sıcaklıktaki işlemlerle (750 °C'ye kadar) sınırlıdır ve bu da ısı girişi için yüksek enerji tüketimine yol açar. Burada, bu çalışma, 150 °C kadar düşük bir sıcaklıkta ECR elektrolizine olanak tanıyan, AlCl3-LiCl'den oluşan düşük erime noktalı bir alkali kloroalüminat eriyik elektroliti önermektedir. Alkali kloroalüminat eriyiğindeki O2− yük taşıyıcısının yüksek çözünürlüğü nedeniyle, LMO katodu, elementel geçiş metalleri ve lityum klorür (LiCl) üretmek için elektrokimyasal indirgeyici parçalanmaya uğrar. Önemlisi, iki ürün Li2O eklenen eriyikte çözünmez ve kolay bir su süzme işlemiyle ayrılabilir. Özellikle, inert bir TiN anot eklenmesiyle, elektroliz sırasında CO2 emisyonu, O2 üretimiyle ortadan kaldırılarak karbon nötrlüğüne daha da katkıda bulunulmaktadır. Düşük sıcaklıkta erimiş tuz elektrolitli ECR (LTMS-ECR) yaklaşımıyla, LiCoO2 için %97,3 gibi yüksek bir kobalt geri kazanım oranı elde edilmektedir. Teknoekonomik analizler, LTMS-ECR teknolojisinin enerji tüketimini ve CO2 emisyonunu yaklaşık %20 oranında azalttığını ve geleneksel yöntemlere kıyasla yaklaşık on kat daha kârlı olduğunu öngörmektedir. Bu yaklaşım, kullanılmış LIB'lerin enerji açısından verimli, sürdürülebilir ve ekonomik olarak uygulanabilir geri dönüşümü için devrim niteliğinde bir alternatif sunmaktadır.
Referanslar
https://doi.org/10.1002/adma.202512984