Pomocou magnetickej separačnej techniky dosiahli 98-percentnú výťažnosť kovov.
Lítium-iónové batérie. Zdroj: iStockphoto.com
Vedci vyvinuli prelomovú metódu recyklácie lítium-iónových batérií pomocou magnetickej separačnej techniky. Tá efektívne oddelí materiály batérií, pričom zachováva ich štrukturálnu integritu a funkčnosť. Metóda výskumného tímu na Rice University má potenciál uľahčiť efektívnu separáciu a recykláciu cenných materiálov za minimum financií, čím prispejú k ekologickejšej výrobe elektrických vozidiel.
Životnosť batérií je krátka
Neprestajne rastúci dopyt po prenosných elektronických zariadeniach a elektrických vozidlách urýchlil výrobu komerčných batérií, najmä lítium-iónových. Pri predpokladanom tempe ťažby lítia a kobaltu nebudú svetové zásoby týchto batériových kovov schopné držať krok s dopytom. V prípade lítia odborníci predpokladajú, že začneme pociťovať krízu v roku 2050 a v prípade kobaltu v roku 2030. Ten sa zvyčajne používa v elektrických automobiloch.
Očakávaná životnosť väčšiny lítium-iónových batérií je menej ako desať rokov, vo väčšine len dva. Odborníci preto predpokladajú, že sa budú čím ďalej, tým viac akumulovať vybité batérie, čo vyvoláva veľké znepokojenie.
Konvenčné techniky recyklácie zvyčajne využívajú rozklad materiálov batérií na ich základné formy prostredníctvom energeticky náročných tepelných alebo chemických procesov, ktoré sú nákladné a majú výrazný negatívny vplyv na životné prostredie.
Súčasné metódy recyklácie navyše získavajú menej ako 5 percent lítia, najmä vplyvom kontaminácie a straty počas procesu, ako aj energeticky náročného charakteru získavania.
Elektrické vozidlo. Zdroj: iStockphoto.com
Vysoká výťažnosť kovov
Inovácia vedcov z Rice University využíva metódu známu ako zábleskové Joulovo teplo bez rozpúšťadiel (z anglického flash Joule heating, FJH). Technika používa na zahriatie záblesk elektriny, pričom výsledná podoba je určená dĺžkou tohto záblesku. Prejdený prúd cez stredne odporový materiál sa rýchlo zahreje a premení na iné látky. V batériách sa používajú katódy zložené z lítia a iných prechodných kovov, čo predstavuje 35 percent celkovej hmotnosti batérie.
Pomocou FJH výskumníci zahriali odpad z batérií na 2 226 stupňov Celzia v priebehu niekoľkých sekúnd, čím vytvorili jedinečné vlastnosti s magnetickými obalmi a stabilnými štruktúrami jadra.
Na počudovanie vedcov, katódy batérií na báze kobaltu počas procesu vykazovali magnetizmus vo vonkajších oxidových vrstvách spinelu (minerálu kryštalizujúceho v kubickej sústave), vďaka čomu došlo k ľahkému oddeleniu.
Výskumníci v experimente testovali katódy s rôznym zložením. Pri všetkých dokázali novým prístupom dosiahnuť vysokú výťažnosť kovov – niekedy až 98 percent pri zachovaní štruktúry a funkčnosti katódy, ktorá sa dá opätovne použiť.
Štruktúra materiálov batérií zostáva stabilná a je pripravená na rekonštitúciu na nové katódy. Relitiované katódy sa ďalej dajú použiť a vykazujú dobrý elektrochemický výkon, porovnateľný s novými komerčnými náprotivkami.
Zdroj: SciTechDaily, DOI: 10.1038/s41467-024-50324-x
(JM)
