Udfordringerne ved genbrug af litiumbatterier

Litiumbatterier, der ikke genbruges korrekt, kan frigive giftige metaller i miljøet, som derefter kan indåndes i dine lunger og forårsage sundhedsproblemer som hjerte-kar- og lungesygdomme.

De fleste litiumbatterier bliver genanvendt ved at knuse dem til pulverform, før de enten smeltes (pyrometallurgi) eller opløses i syre (hydrometallurgi). Begge processer bruger store mængder energi og udleder drivhusgasser i miljøet.

Genanvendt katodepulver er mere porøst end kommercielt fremstillet katodepulver

Katoderne er kernen i ethvert litium-ion-batteri og er ansvarlige for dets spænding og ydeevne. For at producere katoder af høj kvalitet skal materialerne have høj porøsitet (overfladeareal, der gør det muligt for litiumioner at bevæge sig mellem anode og katode), så mere porøse katoder betyder større energilagringskapacitet - faktisk viste en undersøgelse, at genanvendt katodepulver var mere porøst end kommercielt fremstillet katodepulver og derfor gjorde det muligt for batterier, der blev samlet ved hjælp af genanvendt materiale, at have samme ydeevne som dem, der blev fremstillet ved hjælp af nye materialer.

Forskningen blev udført på University of California, Irvine af forskere under ledelse af Nikhil Gupta. På baggrund af tidligere arbejde, der viste, at brug af genanvendt katodemateriale kunne øge batterieffektiviteten og forlænge driftstiden for litium-ion-batterier, brugte de en ny proces til at producere katodepulver, der var mere end tre gange så porøst som den traditionelle metode. Klipning, formaling, syreudvaskning, sortering efter partikelstørrelse og kemi og forarbejdning resulterer alle i højtydende katoder, som derefter blandes med flydende elektrolytter og forarbejdes, før de blandes tilbage for at danne højtydende katoder, der giver højtydende katoder, der holder længere i brug sammenlignet med traditionelle produktionsmetoder, der bruges fra genbrugte kilder.

Litium-ion-batterier kræver en flydende elektrolyt til at lede ioner mellem deres anode og katoder, kendt som elektrolytten. Den består normalt af uorganisk salt opløst i ikke-vandige organiske opløsningsmidler som propylencarbonat eller blandinger af ethylencarbonater med alifatiske carbonater som dimethyl-, diethyl- og ethylmethylcarbonater), og dette element spiller en afgørende rolle for batteriets ydeevne. For at opnå optimal batteriydelse skal den sikre en grænseflade med lav modstand for effektiv batteriydelse - valg af elektrolyt er af afgørende betydning for batteriets ydeevne.

Genbrug af litiumbatterier har traditionelt involveret mekanisk makulering og nedsmeltning af dem eller opløsning i syre. Desværre kræver disse processer store mængder elektricitet for at fungere, samtidig med at de producerer en uhåndterlig masse af metaller, der er svære at genbruge. I stedet foreslår denne forskning "direkte katodegenbrug", et energibesparende alternativ.

Direkte katodegenbrug involverer adskillelse af et batteri i dets individuelle elementer og sortering af dem baseret på deres fysiske egenskaber. Først udføres klipning under inert atmosfære; derefter knuses og males materialerne til fine fraktioner med henblik på adskillelse og rensning. Denne proces fjerner urenheder som aluminium og kobber, der kan hæmme ydeevnen, samt overgangsmetalioner som Ni2+ og Co2+ fra opløsningen, så der kun er litiumsalte og grafit tilbage som udgangsprodukter.

Det er billigere end nyt katodepulver

Litium-ion-batterier, der bruges i elbiler og smartphones samt børnelegetøj, e-cigaretter og bærbare computere, kan ofte genbruges; men processen kan ofte være besværlig og dyr; det har afskrækket mange virksomheder fra at starte en genbrugsvirksomhed; men forskere arbejder på løsninger, der kan gøre genbrug enklere, billigere, hurtigere og mere miljøvenlig.

Litiumbatterier konstrueres ved hjælp af forskellige materialer, herunder kobber og kobolt. Selv om disse metaller er vigtige i batteriproduktionen, kan udvindingen af dem være farlig på grund af produktionen af giftigt affald, samtidig med at de bidrager til klimaforandringerne ved at udlede drivhusgasser under udvindingsprocessen. Genbrug af batterier er en løsning, der kan hjælpe med at mindske efterspørgslen efter sådanne ressourcer og samtidig mindske miljøpåvirkningen.

Genbrug kan hjælpe med at beskytte vores værdifulde ressourcer ved at holde dem væk fra lossepladser, hvor de kan forårsage miljøskader, samt reducere energiforbruget til at producere råmaterialer, der kræver dyr energi at producere (hvilket bidrager til udledningen af drivhusgasser) eller hjælpe med at undgå at udnytte arbejdere i den tredje verden, der graver efter kobolt eller andre mineraler under usikre forhold.

Den typiske metode til genbrug af litium-ion-batterier er at makulere og rense komponenterne for at udvinde katoden. Det er desværre både dyrt og ineffektivt i forhold til at producere kvalitetsprodukter. Heldigvis er forskere i gang med at udvikle alternative processer, som bevarer katoderne intakte, så de kan sælges ubeskadigede; de vil være meget billigere og mere miljøvenlige end deres traditionelle modstykker.

Selv om litium-ion-batterier ofte kan genbruges, kan hver cyklus reducere deres renhed en smule. Derfor anbefales det, at forbrugerne finder et lokalt afleveringssted for brugte litiumbatterier - selv om de kan være sikre nok til at blive bortskaffet i den almindelige skraldespand, indeholder litium-ion-batterier skadelige kemikalier, som kan korrodere genstande i nærheden, hvis de får lov at ligge for længe. Derfor kan man sørge for sikker bortskaffelse ved at bruge en passende genbrugsservice eller spørge producenten til råds.

Det er mere sikkert end nyt katodepulver

Litiumbatterier er blevet en integreret del af elbiler og andre produkter med ren energi, men de skal genbruges ansvarligt for at undgå at blive brandfarlige eller lække giftige kemikalier i miljøet. I stedet for at smide batterierne ud, bør man benytte sig af batterigenbrugscentre; blå eller gule genbrugsbeholdere kan potentielt beskadige dem under behandlingen og udgøre en brandrisiko; i stedet bør man aflevere dem på et af de syv genbrugscentre for kemikalier og batterier i hjemmet.

Disse centre er specialiserede i genbrug af litiumbatterier, som findes i produkter som elværktøj, digitale kameraer, børnelegetøj, e-cigaretter og bærbare computere. Derudover tilbyder de sikre bortskaffelsesløsninger for større watt-timers batterier, der bruges i biler eller hjem, men kan ikke acceptere mindre watt-timers batterier, da de er for farlige. Hvis du ejer et af disse store watt-timers batterier og vil have det genbrugt - så besøg en af de syv genbrugsstationer!

Genbrug af et litiumbatteri indebærer, at man først makulerer det og udskiller mindre dyre komponenter, som f.eks. batterikabinet af stål og elektroniske kredsløb, fra katoden. Forskerne udvinder derefter elementer, herunder "sort masse", et ekstrakt bestående af nikkel, kobolt, aluminium og mangan, der indeholder sjældne og dyre metaller; dette pulver kan derefter rekonditioneres og blandes med friske elementer for at forbedre ydeevnen og dermed spare sjældne metaller, der ellers ville være gået til spilde.

Genbrug af litiumbatterier er en anden god måde at bekæmpe global mangel på vigtige mineraler som kobolt og nikkel, der har periodiske forsyningskriser, som truer elbilernes effektivitet og levetid. Genbrug kan også hjælpe med at løse den globale mangel på mineraler som disse ved at hjælpe med at opfylde de globale forsyningskrav mere direkte.

Denne proces ligner almindelige pyrometallurgiske teknikker, men kræver mindre energi og affaldsproduktion end andre genbrugsteknikker. Som et effektivt alternativ til pyrometallurgi - som typisk bruger meget energi og samtidig producerer giftige biprodukter - og hydrometallurgiske metoder (som involverer genvinding af metaller på kemisk vis), har denne metode større genvindingsgrader for metaller end disse teknikker alene.

Det er mere miljøvenligt

Genbrug af batterier kan hjælpe med at mindske miljøpåvirkningen fra elbiler og enheder, der bruger litiumbatterier, som f.eks. bærbare computere. Genbrug kan bevare dyrebare materialer, give vedvarende energikilder og mindske behovet for minedrift, samtidig med at mængden af affald på lossepladsen mindskes. Men desværre er genbrug af batterier ikke uden udfordringer.

Først skal batterierne være helt afladede - da litiumbatterier er farlige, hvis de ikke er afladede - for at kunne genbruges. Når de er klar til genbrug, skal de nedbrydes og makuleres i små stykker, før de smeltes eller opløses for at genvinde deres metaller - denne proces kan producere luftbårent støv, som forurener det omgivende miljø og kan resultere i luftvejssygdomme; litium betragtes som farligt metal, og derfor er det også vigtigt at håndtere det forsigtigt.

Forskere ved Faraday Institution i Storbritannien er nu pionerer inden for en ny metode til genbrug af litiumbatterier ved hjælp af en ultralydssonde "svarende til den, tandlæger bruger til tandrensning", siger Gupta. Ved at fokusere ultralyd på overflader skabes der små bobler, som imploderer og sprænger belægningen væk, hvilket gør det muligt at genvinde katoder og anoder, som er betydelige summer værd.

Derudover hjælper genbrug miljøet ved at reducere kulstofudledningen fra minedrift. Ifølge McKinsey-instituttets estimater kan udbredt genbrug af batterier reducere CO2-udledningen med 25% pr. kilowatt-time. For at genbrug af batterier skal lykkes, skal det lykkes at udvinde værdifulde metaller uden at beskadige katoden eller anoden.

Litiumbatterier indeholder ædelmetaller som nikkel og kobolt, der bruges i både elbiler og elektroniske apparater, men det er vigtigt at huske på, at de aldrig må lægges i blå eller gule genbrugsbeholdere - disse brandfarer skal tages hånd om på specialiserede genbrugsanlæg. Hvis du af en eller anden grund har brug for at genbruge litiumbatterier, skal du blot pakke terminalerne ind i ikke-ledende tape (elektrisk tape, klar emballage eller kanaltape), før du afleverer dem på et af myndighedens syv kemikalie- og genbrugscentre eller hos en forhandler, der tager imod dem til genbrug.