Litijum-jonske baterije su svuda, u mobilnim telefonima, kompjuterima, električnim vozilima, pa čak i igračkama, da spomenemo samo nekoliko mesta. Postali su sastavni deo našeg svakodnevnog života.
Litijum, element koji čini ove baterije mogućim, smatra se kritičnim materijalom od strane američkog Ministarstva energetike, jer je neophodan u mnogim energetskim primenama, stvarajući veliku potražnju i rizik od prekida snabdevanja.
Uprkos njihovoj širokoj upotrebi, procenjuje se da se trenutno reciklira samo 5% litijumskih baterija. Pošto litijum ima visok rizik od snabdevanja, odbačene baterije su potencijalni izvor za oporavak litijuma.
Naučnici razvijaju poboljšane načine da recikliraju i povrate deo tog litijuma. Tipične metode za reciklažu ovih baterija zahtevaju jake tečne hemikalije ili toplotu da bi se proces završio. Ovi procesi mogu proizvesti toksične nusproizvode i zahtevaju velike količine energije.
Nedavno je tim naučnika iz američke Nacionalne laboratorije za energiju Ejms razvio novi proces reciklaže koji eliminiše potrebu za hemikalijama i visokom toplotom. Ovaj proces, tehnologija recikliranja baterija i razdvajanja vode (BRAVS), koristi samo vodu i ugljen-dioksid za završetak procesa. Ne zahteva hemikalije ili toplotu i omogućava naučnicima da povrate više litijuma iz istrošenih baterija nego druge metode recikliranja.
Prema Ikeni Nlebedim, naučnici u laboratoriji Ames i vođi istraživačkog tima, tri tipične metode za reciklažu litijum-jonskih baterija su hidrometalurška, pirometalurška i direktna reciklaža.
Hidrometalurške metode melju istrošene baterije i rastvaraju nastale materijale u kiselini pre ekstrakcije elemenata koji se mogu reciklirati koristeći različite hemikalije. Pirometalurške metode tope otpad na visokim temperaturama da bi se izvukli materijali koji se mogu reciklirati. Direktna reciklaža uključuje fizičko rastavljanje i prikupljanje materijala koji se mogu ponovo koristiti iz istrošenih baterija, mlevenje i obnavljanje materijala iz zemaljskog otpada.
„Svaki od ovih procesa ima svoje prednosti i mane“, rekao je Nlebedim. „Dakle, pokušavamo da stvorimo nešto što integriše prednosti i izostavlja nedostatke.
Kada se litijum-jonske baterije podvrgnu brzom punjenju, one ne traju toliko dugo jer brzo punjenje uzrokuje da se litijum nakuplja na anodi (pozitivna strana elektrode baterije). Vremenom, nagomilavanje litijuma dovodi do kvara baterije.
Prvi korak u BRAVS tehnologiji je korišćenje skupa protokola koji uključuje brzo punjenje kako bi se što više dodatnog litijuma nagomilalo na anodi baterije. Zatim se baterija demontira. „Trenutno u laboratoriji ručno rastavljamo bateriju“, rekao je Nlebedim.
Nakon demontaže baterije, anoda, obično napravljena od grafita, se zatim uranja u vodu, a CO2 se dodaje da bi se litijum povratio kao litijum karbonat. Ovaj korak dovodi do povratka skoro celokupnog litijuma iz originalne baterije i proizvodi zeleni vodonik kao nusproizvod.
„Pošto je litijum veoma reaktivan, kada stavimo tu anodu u vodu, on deli molekul vode tako što uklanja kiseonik i proizvodi vodonik kao gas, koji se može bezbedno povratiti i koristiti kao gorivo“, rekao je Nlebedim.
„Ugljen-dioksid se troši u procesu, tako da ima dodatnu prednost čišćenja životne sredine. Ova tehnologija se ne oslanja na hemikalije ili ekstremne temperature, tako da se drugi materijali mogu ekstrahovati u obliku koji se može direktno ponovo koristiti.“
„Reciklaža obično bude nešto što zahteva ekonomsku održivost. Jedan od načina da se održi reciklaža je ostvarivanje profita sa svime što možete. Povraćaj litijuma, drugih delova baterije i proizvodnja zelenog vodonika u isto vreme, jača ekonomičnost našeg procesa, “, rekao je Nlebedim.
