„Belo zlato“ čiste energije, litijum je ključni sastojak velikih i malih baterija, od onih koje napajaju telefone i laptopove do sistema za skladištenje energije u mreži.
Iako relativno bogat, srebrno-beli metal bi uskoro mogao da bude u nedostatku zbog složenog pejzaža nabavke na koji utiče bum električnih vozila (EV), ciljevi nulte mreže i geopolitički faktori. Očekuje se da će globalno tržište litijum-jonskih baterija (LIB) procenjeno na preko 65 milijardi dolara u 2023. porasti za preko 23% u narednih osam godina, što će verovatno povećati postojeće izazove u snabdevanju litijumom.
Štaviše, obnavljanje litijuma iz istrošenih baterija je ekološki oporezivo i veoma neefikasno – nešto na čemu tim istraživača sa Univerziteta Rajs predvođen Pulikel Adžajanom radi na tome da promeni.
U svojoj najnovijoj studiji objavljenoj u časopisu Napredni funkcionalni materijali, istraživači opisuju brzu, efikasnu i ekološki prihvatljivu metodu za selektivni oporavak litijuma koristeći mikrotalasno zračenje i biorazgradivi rastvarač. Nalazi pokazuju da novi proces može da povrati čak 50% litijuma u istrošenim LIB katodama za samo 30 sekundi, prevazilazeći značajno usko grlo u tehnologiji recikliranja LIB-a.
„Videli smo kolosalan rast upotrebe LIB-a poslednjih godina, što neizbežno izaziva zabrinutost u pogledu dostupnosti kritičnih metala poput litijuma, kobalta i nikla koji se koriste u katodama“, rekao je Sohini Bhattačarja, jedan od dva glavna autora. na studiji i postdoktorski saradnik Rice Academi u Laboratoriji za nanomaterijale koju vodi Ajaian. „Zbog toga je zaista važno reciklirati istrošene LIB-ove da biste povratili ove metale.“
Konvencionalne metode recikliranja često uključuju oštre kiseline, dok alternativni ekološki prihvatljivi rastvarači kao što su duboki eutektički rastvarači (DES) imaju problema sa efikasnošću i ekonomskom održivošću. Štaviše, trenutne metode reciklaže oporavljaju manje od 5% litijuma, uglavnom zbog kontaminacije i gubitka tokom procesa, kao i energetski intenzivne prirode oporavka.
„Stopa oporavka je tako niska jer se litijum obično taloži poslednji posle svih drugih metala, tako da je naš cilj bio da shvatimo kako možemo konkretno da ciljamo litijum“, rekla je Salma Alhašim, alumna doktora Rajs, koja je drugi vodeći autor studije.
„Ovde smo koristili DES koji je mešavina holin hlorida i etilen glikola, znajući iz našeg prethodnog rada da se tokom luženja u ovom DES-u litijum okružuje hloridnim jonima iz holin hlorida i izlužuje se u rastvor.
Da bi se izlužili drugi metali poput kobalta ili nikla, i holin hlorid i etilen glikol moraju biti uključeni u proces. Znajući da je od ove dve supstance samo holin hlorid dobar u apsorpciji mikrotalasnih pećnica, istraživači su potopili otpadni materijal baterije u rastvarač i eksplodirali ga mikrotalasnim zračenjem.
„Ovo nam je omogućilo da selektivno ispiramo litijum preko drugih metala“, rekao je Bhattachariia. „Korišćenje mikrotalasnog zračenja za ovaj proces je slično tome kako kuhinjska mikrotalasna pećnica brzo zagreva hranu. Energija se prenosi direktno na molekule, čineći da se reakcija odvija mnogo brže od konvencionalnih metoda zagrevanja.“
U poređenju sa konvencionalnim metodama grejanja kao što je uljno kupatilo, grejanje uz pomoć mikrotalasne pećnice može postići sličnu efikasnost skoro 100 puta brže. Na primer, koristeći proces zasnovan na mikrotalasnoj pećnici, tim je otkrio da je za ispiranje 87% litijuma bilo potrebno 15 minuta, za razliku od 12 sati potrebnih za postizanje iste stope oporavka kroz zagrevanje u uljnom kupatilu.
„Ovo takođe pokazuje da se selektivnost prema određenim elementima može postići jednostavnim podešavanjem DES kompozicije“, rekao je Alhashim. „Još jedna prednost je stabilnost rastvarača: pošto metoda uljnog kupatila traje mnogo duže, rastvarač počinje da se razgrađuje, dok se to ne dešava sa kratkim ciklusima zagrevanja mikrotalasne pećnice.
Ova revolucionarna metoda mogla bi dramatično poboljšati ekonomski i ekološki uticaj LIB reciklaže, pružajući održivo rešenje za rastuće globalno pitanje.
„Ova metoda ne samo da povećava stopu oporavka, već i minimizira uticaj na životnu sredinu, što ga čini obećavajućim korakom ka primeni sistema za reciklažu baziranih na DES-u u obimu za selektivno obnavljanje metala“, rekao je Ajaian, odgovarajući autor studije i Rajsov Benjamin M. i Meri Grinvud Anderson, profesorka inženjerstva i profesorka i predsedavajuća odeljenja za nauku o materijalima i nanoinženjering.
