Tantangan Daur Ulang Baterai Lithium

Baterai litium yang tidak didaur ulang dengan benar dapat melepaskan logam beracun ke lingkungan, yang kemudian dapat terhirup ke dalam paru-paru Anda dan menyebabkan masalah kesehatan seperti kondisi kardiovaskular dan paru-paru.

Sebagian besar baterai litium didaur ulang dengan mencacahnya menjadi bentuk bubuk sebelum dilebur (pirometalurgi) atau dilarutkan dalam asam (hidrometalurgi). Kedua proses tersebut mengkonsumsi energi dalam jumlah besar sekaligus mengeluarkan gas rumah kaca ke lingkungan.

Serbuk katoda daur ulang lebih berpori dibandingkan dengan serbuk katoda yang diproduksi secara komersial

Katoda merupakan inti dari setiap baterai lithium-ion, yang bertanggung jawab atas voltase dan kinerjanya. Untuk menghasilkan katoda berkualitas tinggi, bahan harus memiliki porositas tinggi (luas permukaan yang memungkinkan ion litium bergerak di antara anoda dan katoda), sehingga katoda yang lebih berpori berarti kemampuan penyimpanan energi yang lebih besar - faktanya, sebuah penelitian menemukan bahwa bubuk katoda daur ulang lebih berpori daripada bubuk katoda yang diproduksi secara komersial dan oleh karena itu memungkinkan baterai yang dirakit menggunakan bahan daur ulang memiliki performa yang sama dengan baterai yang dibuat menggunakan bahan baru.

Penelitian dilakukan di University of California, Irvine oleh para peneliti yang dipimpin oleh Nikhil Gupta. Berdasarkan penelitian sebelumnya yang menunjukkan bahwa penggunaan bahan katoda daur ulang dapat meningkatkan efisiensi baterai dan memperpanjang waktu pengoperasian baterai lithium-ion, mereka menggunakan proses baru untuk menghasilkan bubuk katoda yang berpori lebih dari tiga kali lipat dari metode tradisionalnya. Pemotongan, penggilingan, pencucian asam, penyortiran berdasarkan ukuran partikel dan kimia, serta pemrosesan, semuanya menghasilkan katoda berkinerja tinggi yang kemudian dicampur dengan elektrolit cair dan diproses sebelum dicampur kembali untuk membentuk katoda berkinerja tinggi yang menghasilkan katoda berkinerja tinggi yang lebih awet digunakan dibandingkan dengan metode produksi tradisional yang menggunakan sumber daur ulang.

Baterai lithium-ion memerlukan elektrolit cair untuk menghantarkan ion antara anoda dan katoda, yang dikenal sebagai elektrolit. Biasanya terdiri dari garam anorganik yang dilarutkan dalam pelarut organik non-air seperti propilena karbonat atau campuran etilena karbonat dengan karbonat alifatik seperti dimetil, dietil, dan etil metilkarbonat), elemen ini memainkan peran penting dalam kinerja baterai. Untuk kinerja baterai yang optimal, baterai harus memastikan antarmuka resistansi rendah untuk kinerja baterai yang efisien - memilih elektrolit adalah kunci penting untuk kinerja baterai.

Mendaur ulang baterai lithium secara tradisional melibatkan pencacahan dan peleburan secara mekanis atau melarutkannya dalam asam. Sayangnya, proses ini membutuhkan jumlah listrik yang berlebihan untuk beroperasi dan juga menghasilkan massa logam yang berat yang sulit untuk didaur ulang. Sebagai gantinya, penelitian ini mengusulkan "daur ulang katoda langsung", sebuah alternatif yang hemat energi.

Daur ulang katoda langsung melibatkan pembongkaran baterai menjadi elemen-elemen individual dan menyortirnya berdasarkan sifat fisiknya. Pertama, pemotongan dilakukan di bawah atmosfer lembam; selanjutnya, bahan dihancurkan dan digiling menjadi fraksi halus untuk tujuan pemisahan dan pemurnian. Proses ini menghilangkan kotoran seperti aluminium dan tembaga yang dapat menghambat kinerja serta ion logam transisi seperti Ni2+ dan Co2+ dari larutan, sehingga hanya menyisakan garam litium dan grafit sebagai produk keluaran.

Lebih murah daripada bubuk katoda baru

Baterai lithium-ion yang digunakan pada mobil listrik dan ponsel pintar serta mainan anak-anak, rokok elektrik, dan laptop sering kali dapat didaur ulang; namun, prosesnya sering kali tidak praktis dan mahal; hal ini membuat banyak perusahaan enggan untuk memulai bisnis daur ulang; namun, para peneliti sedang mencari solusi agar daur ulang menjadi lebih mudah, lebih murah, lebih cepat, dan lebih ramah lingkungan.

Baterai litium dibuat dengan menggunakan berbagai bahan, termasuk tembaga dan kobalt. Meskipun logam-logam ini sangat penting dalam produksi baterai, ekstraksi logam-logam ini dapat berbahaya karena menghasilkan limbah beracun, dan juga berkontribusi terhadap perubahan iklim dengan mengeluarkan gas rumah kaca selama proses penambangan. Daur ulang baterai menawarkan satu solusi untuk membantu mengurangi permintaan sumber daya tersebut sekaligus mengurangi dampak lingkungan.

Daur ulang dapat membantu melindungi sumber daya kita yang berharga dengan menjauhkannya dari tempat pembuangan akhir yang dapat menyebabkan kerusakan lingkungan, serta mengurangi penggunaan energi untuk memproduksi bahan mentah yang membutuhkan energi mahal untuk memproduksinya (yang berkontribusi terhadap emisi gas rumah kaca) atau membantu menghindari eksploitasi terhadap pekerja di negara dunia ketiga yang menggali kobalt atau mineral lainnya dalam kondisi yang tidak aman.

Metode umum untuk daur ulang baterai lithium-ion adalah dengan mencacah dan memurnikan komponen-komponennya untuk mengekstrak katodanya. Sayangnya, proses ini mahal dan tidak efektif untuk menghasilkan produk yang berkualitas. Untungnya, para peneliti sedang mengembangkan proses alternatif yang mengawetkan katoda secara utuh sehingga dapat dijual secara utuh; proses ini akan jauh lebih murah dan ramah lingkungan daripada proses tradisional.

Meskipun baterai lithium-ion sering kali dapat didaur ulang, setiap siklus dapat mengurangi sedikit kemurniannya. Oleh karena itu, konsumen disarankan untuk mencari lokasi pembuangan lokal untuk baterai lithium bekas - meskipun mungkin cukup aman untuk dibuang ke tempat sampah sehari-hari, baterai lithium-ion mengandung bahan kimia berbahaya yang dapat menimbulkan korosi pada benda-benda di dekatnya jika dibiarkan tergeletak terlalu lama. Oleh karena itu, menggunakan layanan daur ulang yang sesuai atau berkonsultasi dengan produsen untuk mendapatkan petunjuk dapat memastikan pembuangan yang aman.

Lebih aman daripada bubuk katoda baru

Baterai litium telah menjadi komponen integral dari kendaraan listrik (EV) dan produk energi bersih lainnya, tetapi harus didaur ulang secara bertanggung jawab agar tidak menimbulkan bahaya kebakaran atau membocorkan bahan kimia beracun ke lingkungan. Pusat daur ulang baterai harus digunakan daripada membuang baterai; tempat sampah daur ulang berwarna biru atau kuning berpotensi merusak baterai selama pemrosesan dan menimbulkan risiko kebakaran; sebagai gantinya, baterai tersebut harus dikirim ke salah satu dari tujuh Pusat Daur Ulang Bahan Kimia dan Baterai di rumah.

Pusat-pusat ini mengkhususkan diri dalam mendaur ulang baterai lithium yang ditemukan dalam produk-produk seperti perkakas listrik, kamera digital, mainan anak-anak, rokok elektrik, dan laptop. Selain itu, mereka menawarkan solusi pembuangan yang aman untuk baterai dengan watt-jam yang lebih besar yang digunakan di mobil atau rumah, tetapi tidak dapat menerima baterai dengan watt-jam yang lebih kecil karena terlalu berbahaya. Jika Anda memiliki salah satu dari baterai watt-jam yang besar ini dan ingin mendaur ulangnya - kunjungi salah satu dari tujuh pusat daur ulang!

Mendaur ulang baterai litium melibatkan penghancurannya terlebih dahulu, dan memisahkan komponen yang lebih murah, seperti casing baterai baja dan sirkuit elektronik, dari katodanya. Para ilmuwan kemudian mengekstrak elemen, termasuk "Black Mass", ekstrak yang terdiri dari nikel, kobalt, aluminium, dan mangan yang mengandung logam langka dan mahal; bubuk ini kemudian dapat direkondisi dan dicampur dengan elemen baru untuk meningkatkan kinerja, sehingga menghemat logam langka yang akan terbuang percuma.

Mendaur ulang baterai lithium adalah cara lain yang bagus untuk memerangi kekurangan global mineral utama seperti kobalt dan nikel yang mengalami krisis pasokan secara berkala yang mengancam efisiensi dan masa pakai EV. Daur ulang juga dapat membantu mengatasi kekurangan mineral global seperti ini dengan membantu memenuhi permintaan pasokan global secara lebih langsung.

Proses ini menyerupai teknik pirometalurgi standar tetapi membutuhkan lebih sedikit energi dan produksi limbah daripada teknik daur ulang lainnya. Sebagai alternatif yang efektif untuk pirometalurgi - yang biasanya mengkonsumsi energi yang signifikan sekaligus menghasilkan produk sampingan beracun - dan metode hidrometalurgi (yang melibatkan pemulihan logam melalui cara-cara kimiawi), metode ini memiliki tingkat pemulihan yang lebih besar untuk logam dibandingkan teknik-teknik tersebut.

Lebih ramah lingkungan

Daur ulang baterai dapat membantu mengurangi dampak lingkungan yang terkait dengan kendaraan listrik (EV) dan perangkat yang menggunakan baterai lithium, seperti laptop. Daur ulang dapat melestarikan bahan berharga, menyediakan sumber energi terbarukan, dan mengurangi kebutuhan penambangan sekaligus mengurangi volume limbah di TPA. Sayangnya, mendaur ulang baterai bukannya tanpa tantangan.

Pertama, baterai harus dikosongkan sepenuhnya - karena baterai lithium berbahaya jika dibiarkan tanpa daya - untuk didaur ulang. Setelah siap untuk didaur ulang, baterai harus dipecah dan dihancurkan menjadi potongan-potongan kecil sebelum dilebur atau dilarutkan untuk mendapatkan kembali logamnya - proses ini dapat menghasilkan debu di udara yang mencemari lingkungan sekitar dan dapat menyebabkan penyakit pernapasan; litium dianggap sebagai logam yang berbahaya, oleh karena itu penanganannya harus dilakukan dengan hati-hati.

Para peneliti di Faraday Institution di Inggris sekarang merintis metode baru untuk mendaur ulang baterai litium, menggunakan probe ultrasonik "yang mirip dengan yang digunakan dokter gigi untuk membersihkan gigi", kata Gupta. Memfokuskan ultrasonik pada permukaan menciptakan gelembung kecil yang meledak dan meledakkan lapisan, memungkinkan pemulihan katoda dan anoda yang bernilai sangat mahal.

Selain itu, daur ulang membantu lingkungan dengan mengurangi emisi karbon dari pertambangan. Menurut perkiraan The McKinsey Institute, daur ulang baterai secara luas dapat mengurangi emisi karbon sebesar 25% per kilowatt-jam. Agar daur ulang baterai berhasil, ekstraksi logam berharga tanpa merusak katoda atau anoda harus berhasil.

Baterai litium mengandung logam mulia seperti nikel dan kobalt yang digunakan pada kendaraan listrik (EV) dan perangkat elektronik, tetapi perlu diingat bahwa baterai ini tidak boleh dimasukkan ke dalam tempat sampah daur ulang berwarna biru atau kuning - bahaya kebakaran ini harus ditangani di fasilitas daur ulang khusus. Jika Anda perlu mendaur ulang baterai litium untuk alasan apa pun, cukup bungkus terminalnya dengan selotip non-konduktif (listrik, kemasan bening, atau saluran) sebelum menyerahkannya ke salah satu dari tujuh Pusat Bahan Kimia dan Daur Ulang Rumah Tangga Otoritas atau peritel yang menerimanya untuk didaur ulang.