Mekanokemisk process återvinner förbrukade litiumjonbatterier med hjälp av CO₂ vid rumstemperatur

Varje år ökar antalet litiumjonbatterier och bara under 2016 tillverkades 7,8 miljarder batterier i världen, samtidigt som de flesta utvecklingsländer saknar ordentliga regler för återvinning. Miljarder litiumjonbatterier används över hela världen, och den växande mängden förbrukade batterier skapar allvarliga miljö- och hälsorisker.

Nu har forskare från Chinese Academy of Sciences och Beijing Institute of Technology presenterat en revolutionerande "tre-i-ett"-strategi för att hantera den växande globala krisen med förbrukade litiumjonbatterier. Studien, som publiceras i Nature Communications, beskriver en process som återvinner kritiska metaller vid rumstemperatur utan de energikrävande ugnar eller starka syror som vanligtvis krävs vid återvinning.

Genombrottet bygger på mekanokemisk behandling, en högenergisk kulfräsningsprocess som inducerar katjonisk disordering i batteriets atomstruktur. Denna mekaniska kraft utlöser mikrosegregering, vilket driver litiumatomer mot ytan medan övergångsmetaller som nickel och kobolt koncentreras i kärnan. Denna omgruppering gör litiumet mycket reaktivt, vilket gör det möjligt att selektivt utvinna det.

För att återvinna metallen introducerade teamet en blandning av vatten och trycksatt koldioxid (_CO2)._Koldioxiden fungerar som ett urlakningsreagens och reagerar med den litiumrika ytan för att bilda litiumbikarbonat med hög renhet. Med denna metod uppnås en litiumåtervinningseffektivitet på över 95% samtidigt som_CO2 isoleras effektivt, vilket förhindrar att växthusgasen kommer ut i atmosfären.

Strategin löser också problemet med sekundärt avfall. Istället för att slänga de överblivna metallresterna återvinns de i processen till högpresterande OER-katalysatorer (Oxygen Evolution Reaction) för grön vätgasproduktion. I testerna uppvisade katalysatorerna en låg överpotential på 322 mV och förblev stabila under mer än 200 timmars drift.

Genom att arbeta vid omgivningstemperatur och -tryck eliminerar systemet det giftiga flytande avfallet och det höga koldioxidavtryck som förknippas med traditionell pyrometallurgi och hydrometallurgi. Forskarna anser att detta slutna kretslopp - som är särskilt effektivt för katodsystem med hög nickelhalt - utgör en hållbar lösning i industriell skala för att överbrygga hanteringen av batteriavfall med omvandling av förnybar energi.