Proces mechanochemiczny recyklingu zużytych baterii litowo-jonowych przy użyciu CO₂ w temperaturze pokojowej

Każdego roku liczba baterii litowo-jonowych rośnie, osiągając 7,8 miliarda w samym 2016 roku, podczas gdy w większości krajów rozwijających się brakuje odpowiednich przepisów dotyczących recyklingu. Przy miliardach baterii litowo-jonowych używanych na całym świecie, rosnąca fala zużytych baterii stwarza poważne zagrożenie dla środowiska i zdrowia.

Teraz naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk i Instytutu Technologii w Pekinie zaprezentowali rewolucyjną strategię "trzy w jednym", aby poradzić sobie z rosnącym globalnym kryzysem zużytych baterii litowo-jonowych. Opublikowane w Nature Communications badanie szczegółowo opisuje proces, który odzyskuje krytyczne metale w temperaturze pokojowej bez energochłonnych pieców lub ostrych kwasów zwykle wymaganych w recyklingu.

Przełom polega na obróbce mechanochemicznej, wysokoenergetycznym procesie mielenia kulowego, który indukuje zaburzenia kationowe w strukturze atomowej akumulatora. Ta siła mechaniczna wyzwala mikrosegregację, kierując atomy litu w stronę powierzchni, jednocześnie koncentrując metale przejściowe, takie jak nikiel i kobalt, w rdzeniu. To przegrupowanie sprawia, że lit jest wysoce reaktywny, co pozwala na jego selektywną ekstrakcję.

Aby odzyskać metal, zespół wprowadził mieszaninę wody i dwutlenku węgla (_CO2) pod ciśnieniem._CO2 działa jako odczynnik ługujący, reagując z powierzchnią bogatą w lit, tworząc wodorowęglan litu o wysokiej czystości. Metoda ta pozwala osiągnąć wydajność odzyskiwania litu przekraczającą 95%, jednocześnie skutecznie izolując_CO2, zapobiegając przedostawaniu się tego gazu cieplarnianego do atmosfery.

Strategia ta rozwiązuje również problem odpadów wtórnych. Zamiast wyrzucać resztki metalu, proces ten przekształca je w wysokowydajne katalizatory Oxygen Evolution Reaction (OER) do produkcji zielonego wodoru. W testach katalizatory te wykazały niski nadpotencjał na poziomie 322 mV i pozostały stabilne przez ponad 200 godzin pracy.

Działając w temperaturze i ciśnieniu otoczenia, system eliminuje toksyczne odpady ciekłe i wysoki ślad węglowy związany z tradycyjną pirometalurgią i hydrometalurgią. Naukowcy uważają, że ta droga zamkniętej pętli - która jest szczególnie skuteczna w przypadku systemów katod o wysokiej zawartości niklu - zapewnia zrównoważone rozwiązanie na skalę przemysłową, łączące zarządzanie odpadami akumulatorowymi z konwersją energii odnawialnej.