China verwacht in 2020 2,5 miljard lithium-ionbatterijen aan het einde van hun levensduur te genereren uit draagbare elektronica zoals smartphones en laptops, maar zeer weinig worden gerecycled. Hoewel deze batterijen worden weggegooid, de metalen erin zijn nog steeds waardevol.

Een team van onderzoekers, geleid door Zhen (Jason) He aan de Washington University in St. Louis, ontwikkelt een methode om de materialen van de batterijen te recyclen om hun waardevolle verbindingen opnieuw te gebruiken. Hij, hoogleraar energie, milieu- en chemische technologie aan de McKelvey School of Engineering, en collega's aan de Shanghai Jiao Tong University in China en aan het Virginia Polytechnic Institute en State University hebben een haalbaarheidsstudie uitgevoerd voor het elektrochemisch "bijvullen" van lithium-ionbatterijen in de gebruikte elektroden om bruikbare verbindingen te regenereren, zoals lithiumkobaltoxide.

De resultaten werden gepubliceerd als het aanvullende omslagverhaal in het nummer van 10 augustus van: ACS Duurzame Chemie &Engineering .

Gebruikte lithium-ionbatterijen bevatten waardevolle metalen, zoals lithium, kobalt, nikkel, koper, aluminium en ijzer, evenals giftige materialen zoals lithiumhexafluorfosfaat en polyvinylideenfluoride. Lithium is een essentiële minerale hulpbron met een beperkte reserve, dus recycling van het materiaal kan het tekort aanpakken en de milieuvervuiling minimaliseren.

"Aangezien 95% van de materialen er nog en bruikbaar zijn, we wilden zien of we de volledige lithium-kobaltoxideverbindingen direct konden regenereren in plaats van afzonderlijke elementen terug te winnen en ze vervolgens samen te voegen tot een bruikbare verbinding, " Hij zei. "We gebruikten een elektrodepositieproces waarbij we de lithiumionen afzetten op de afvalelektroden die worden aangedreven door de elektriciteit die het elektrische veld creëert om het ion op de elektrode te absorberen.

"We kunnen een extra hoeveelheid lithium-ion toevoegen aan de afvalelektrode, en je krijgt een complete formule waarmee je die materialen kunt hergebruiken."

Omdat de batterijen goedkoop zijn, er is weinig prikkel om te recyclen, dus slechts ongeveer 5% van de lithium-ionbatterijen wordt gerecycled, Hij zei. Echter, het terugwinnen en recyclen van kritieke elementen zoals lithium zal een sleutelrol spelen in de duurzaamheid van het gebruik van hulpbronnen door de samenleving, Hij ging verder. Andere onderzoekers hebben verschillende methoden geprobeerd om de materialen te recyclen, inclusief het afzonderlijk extraheren van de materialen door middel van mechanische methoden. Maar deze methoden vereisen extra reagentia en kunnen secundaire verontreinigende stoffen genereren.

Met de succesvolle resultaten van deze haalbaarheidsstudie, Hij en het team zijn van plan de inspanningen voort te zetten om de materialen in lithium-ionbatterijen te regenereren en de kosteneffectiviteit ervan te bestuderen.