Mechanochemisch proces recyclet gebruikte lithium-ionbatterijen met behulp van CO₂ bij kamertemperatuur

Elk jaar neemt het aantal lithium-ion-batterijen toe tot 7,8 miljard wereldwijd alleen al in 2016, terwijl er in de meeste ontwikkelingslanden geen goede recyclingvoorschriften zijn. Met miljarden lithium-ion-batterijen die wereldwijd worden gebruikt, veroorzaakt de groeiende stroom gebruikte batterijen ernstige milieu- en gezondheidsrisico's.

Onderzoekers van de Chinese Academy of Sciences en het Beijing Institute of Technology hebben nu een revolutionaire "drie-in-één" strategie onthuld om de groeiende wereldwijde crisis van gebruikte lithium-ion batterijen aan te pakken. Het onderzoek, dat gepubliceerd is in Nature Communications, beschrijft een proces waarmee kritieke metalen teruggewonnen kunnen worden bij kamertemperatuur, zonder de energie-intensieve ovens of agressieve zuren die gewoonlijk nodig zijn voor recycling.

De doorbraak is gebaseerd op een mechanisch-chemische behandeling, een hoogenergetisch kogelmolenproces dat kationische wanorde in de atomaire structuur van de batterij teweegbrengt. Deze mechanische kracht veroorzaakt microsegregatie, waardoor lithiumatomen naar het oppervlak worden gedreven terwijl overgangsmetalen zoals nikkel en kobalt in de kern worden geconcentreerd. Deze herschikking maakt het lithium zeer reactief, waardoor het selectief kan worden geëxtraheerd.

Om het metaal terug te winnen, voerde het team een mengsel van water en kooldioxide (_CO2) onder druk in. De_CO2 werkt als uitloogreagens en reageert met het lithiumrijke oppervlak om hoogzuiver lithiumbicarbonaat te vormen. Deze methode bereikt een lithiumterugwinningsefficiëntie van meer dan 95%, terwijl_CO2 effectief wordt geïsoleerd, waardoor het broeikasgas niet in de atmosfeer terechtkomt.

De strategie lost ook het probleem van secundair afval op. In plaats van de overgebleven metaalresten weg te gooien, worden ze in het proces geüpcycled tot hoogwaardige Oxygen Evolution Reaction (OER)-katalysatoren voor de productie van groene waterstof. Bij het testen vertoonden deze katalysatoren een lage overpotentiaal van 322 mV en bleven ze stabiel gedurende meer dan 200 bedrijfsuren.

Door bij omgevingstemperatuur en -druk te werken, elimineert het systeem het giftige vloeibare afval en de grote koolstofvoetafdruk die geassocieerd worden met traditionele pyrometallurgie en hydrometallurgie. De onderzoekers geloven dat deze gesloten-lusroute - die bijzonder effectief is voor kathodesystemen met een hoog nikkelgehalte - een duurzame oplossing op industriële schaal biedt om het afvalbeheer van batterijen te combineren met de omzetting van hernieuwbare energie.