Met behulp van eeuwenoude verwerkingsmethoden voor mineralen, studenten chemische technologie hebben een oplossing gevonden voor een dreigend 21e-eeuws probleem:hoe lithium-ionbatterijen economisch te recyclen.

Lei Pan's team van scheikundige ingenieursstudenten had lang en hard gewerkt aan hun onderzoeksproject, en ze waren blij om hun resultaten te laten zien bij de People, Prosperity and the Planet (P3) competitie afgelopen april in Washington, gelijkstroom. Wat ze niet hadden verwacht, was lastiggevallen te worden door enthousiaste toeschouwers.

"We hebben veel 'oh wauw!' reacties, van achtjarigen die wilden weten hoe het werkte tot EPA-functionarissen die zich afvroegen waarom niemand dit eerder had gedaan, ", zegt senior Zachary Oldenburg. "Mijn reactie op de EPA was:'Omdat niemand anders een projectleider had die mijningenieur is.'"

Pan, een assistent-professor chemische technologie aan de Michigan Technological University, behaalde zijn graduaat in mijnbouwkunde. Het was zijn idee om de mijntechnologie van de 20e eeuw aan te passen om lithium-ionbatterijen te recyclen, van de kleine in mobiele telefoons tot de multi-kilowatt-modellen die elektrische auto's aandrijven. Pan dacht dat dezelfde technologieën die worden gebruikt om metaal van erts te scheiden, kunnen worden toegepast op lege batterijen. Dus gaf hij zijn studenten een spoedcursus in elementaire mineralenverwerkingsmethoden en liet ze los in het lab.

"Mijn gedachten gaan terug naar het begin, toen niets werkte, " zegt Trevyn Payne, een senior chemisch ingenieur. "Vaak was het eerlijk gezegd, 'Laten we dit gewoon proberen.' Soms, als het goed ging, het was een beetje een ongeluk."

Oldenburg geeft een voorbeeld. "We probeerden allerlei oplosmiddelen om chemicaliën vrij te maken, en na uren en uren, we kwamen erachter dat gewoon water het beste werkte."

Maar uiteindelijk, alles kwam samen. "Je kunt zien dat je resultaten experiment per experiment verbeteren, ', legt promovendus Ruiting Zhan uit. 'Dat is best goed. Het geeft je een gevoel van prestatie."

Het team gebruikte mijnbouwtechnologieën om alles in de batterij te scheiden:de behuizing, metaalfolies en coatings voor de anode en kathode, waaronder lithiummetaaloxide, het meest waardevolle deel. De componenten kunnen worden teruggestuurd naar de fabrikant en opnieuw worden gemaakt in nieuwe batterijen.

"Het grootste voordeel van ons proces is dat het goedkoop en energiezuinig is." Ruitang Zhan

"Met het oog op herfabricage, onze gerecyclede materialen zijn zo goed als nieuwe materialen, en ze zijn goedkoper ', vult Oldenburg aan.

Het feit dat hun proces beproefd is en waar is, is misschien wel de meest aantrekkelijke kwaliteit voor de industrie, Pan notities. "We zagen de mogelijkheid om een ​​bestaande technologie te gebruiken om nieuwe uitdagingen aan te gaan, " zegt hij. "We gebruiken standaard zwaartekrachtscheidingen om koper van aluminium te scheiden, en we gebruiken schuimflotatie om kritische materialen terug te winnen, inclusief grafiet, lithium en kobalt. Deze mijntechnologieën zijn de goedkoopste die beschikbaar zijn, en de infrastructuur om ze te implementeren bestaat al."

Niet alleen voorbijgangers waren op de P3-competitie onder de indruk van de inzet van de studenten. AIChE's (het American Institute of Chemical Engineers) Youth Council on Sustainable Science and Technology (YCOSST) heeft aangekondigd dat het het team zijn YCOSST P3 Award zal uitreiken, die het project erkent "dat het beste duurzame praktijken toepast, interdisciplinaire samenwerkingen, technische principes en betrokkenheid van jongeren, en waarvan het ontwerp eenvoudig genoeg is om een ​​duurzame impact te hebben zonder dat er veel technische expertise van de gebruikers nodig is."