Mechanokémiai eljárás a kiégett lítium-ion akkumulátorok újrahasznosítása CO₂ felhasználásával szobahőmérsékleten

A lítium-ion akkumulátorok száma évről évre nő, csak 2016-ban világszerte elérte a 7,8 milliárdot, miközben a legtöbb fejlődő országban nincsenek megfelelő újrahasznosítási előírások. Mivel világszerte több milliárd lítium-ion akkumulátort használnak, az elhasznált akkumulátorok növekvő áradata komoly környezeti és egészségügyi kockázatokat jelent.

A Kínai Tudományos Akadémia és a Pekingi Technológiai Intézet kutatói most egy forradalmi "három az egyben" stratégiát mutattak be az elhasznált lítium-ion akkumulátorok növekvő globális válságának kezelésére. A Nature Communications című folyóiratban megjelent tanulmány részletesen ismertet egy olyan eljárást, amely szobahőmérsékleten nyer vissza kritikus fémeket, az újrahasznosításhoz általában szükséges energiaigényes kemencék vagy durva savak nélkül.

Az áttörés középpontjában a mechanokémiai kezelés áll, egy nagy energiájú golyós őrlési eljárás, amely kationos rendezetlenséget idéz elő az akkumulátor atomszerkezetében. Ez a mechanikai erő mikroszegregációt indít el, a lítiumatomokat a felszín felé tereli, miközben az átmeneti fémeket, például a nikkelt és a kobaltot a magban koncentrálja. Ez az átrendeződés a lítiumot rendkívül reaktívvá teszi, ami lehetővé teszi a szelektív kivonását.

A fém visszanyeréséhez a csapat víz és nyomás alatt lévő szén-dioxid (_CO2) keverékét vezette be. A_CO2 a kioldó reagensként működik, reakcióba lép a lítiumban gazdag felülettel, és nagy tisztaságú lítiumbikarbonátot képez. Ezzel a módszerrel 95% feletti lítium visszanyerési hatékonyságot érnek el, miközben hatékonyan elkülönítik_{a CO2-t}, megakadályozva az üvegházhatású gáz légkörbe jutását.

A stratégia megoldja a másodlagos hulladék problémáját is. A megmaradt fémhulladékok kidobása helyett az eljárás nagy teljesítményű oxigén-evolúciós reakció (OER) katalizátorokká alakítja őket a zöld hidrogén előállításához. A tesztek során ezek a katalizátorok 322 mV-os alacsony túlfeszültséget mutattak, és több mint 200 órán át stabilak maradtak.

Mivel a rendszer környezeti hőmérsékleten és nyomáson működik, a hagyományos pirometallurgiához és hidrometallurgiához kapcsolódó mérgező folyékony hulladék és nagy szén-dioxid-kibocsátás kiküszöbölhető. A kutatók úgy vélik, hogy ez a zárt körfolyamatú útvonal - amely különösen hatékony a magas nikkel-katódtartalmú rendszerek esetében - fenntartható, ipari méretű megoldást kínál az akkumulátorok hulladékkezelésének és a megújuló energiaátalakításnak az összekapcsolására.