De uitdagingen van het recyclen van lithiumbatterijen

Lithiumbatterijen die niet op de juiste manier worden gerecycled, kunnen giftige metalen afgeven aan het milieu, die vervolgens in je longen kunnen worden ingeademd en gezondheidsproblemen kunnen veroorzaken, zoals hart- en vaatziekten en longaandoeningen.

De meeste lithiumbatterijen worden gerecycled door ze te vermalen tot poeder voordat ze worden gesmolten (pyrometallurgie) of opgelost in zuur (hydrometallurgie). Beide processen verbruiken enorme hoeveelheden energie en stoten broeikasgassen uit in het milieu.

Gerecycled kathodepoeder is poreuzer dan commercieel vervaardigd kathodepoeder

Kathoden vormen het hart van elke lithium-ion-batterij en zijn verantwoordelijk voor het voltage en de prestaties. Om kathodes van hoge kwaliteit te produceren, moeten materialen een hoge porositeit hebben (oppervlak waardoor lithiumionen tussen anode en kathode kunnen bewegen), dus meer poreuze kathodes betekent een grotere energieopslagcapaciteit - in feite bleek uit een onderzoek dat gerecycled kathodepoeder poreuzer was dan commercieel vervaardigd kathodepoeder, waardoor batterijen die met gerecycled materiaal waren gemaakt, even goed presteerden als batterijen die met nieuw materiaal waren gemaakt.

Het onderzoek werd uitgevoerd aan de University of California, Irvine door onderzoekers onder leiding van Nikhil Gupta. Voortbouwend op eerder werk dat aantoonde dat het gebruik van gerecycled kathodemateriaal de efficiëntie van batterijen kon verhogen en de werkingsduur van lithium-ion batterijen kon verlengen, gebruikten ze een nieuw proces om kathodepoeder te produceren dat meer dan drie keer poreuzer was dan de traditionele methode. Scheren, malen, uitlogen met zuur, sorteren op deeltjesgrootte en chemie en verwerking resulteren allemaal in hoogwaardige kathoden die vervolgens worden gemengd met vloeibare elektrolyten en verwerkt voordat ze weer worden gemengd om hoogwaardige kathoden te vormen die hoogwaardige kathoden opleveren die langer meegaan in gebruik vergeleken met traditionele productiemethoden die worden gebruikt van gerecyclede bronnen.

Lithium-ion-accu's hebben een vloeibare elektrolyt nodig om ionen te geleiden tussen hun anode en kathode, ook wel elektrolyt genoemd. Gewoonlijk bestaat dit element uit anorganisch zout opgelost in niet-waterige organische oplosmiddelen zoals propyleencarbonaat of mengsels van ethyleencarbonaten met alifatische carbonaten zoals dimethyl-, diethyl- en ethylmethylcarbonaten) en speelt het een essentiële rol in de prestaties van de accu. Voor optimale accuprestaties moet het zorgen voor een interface met lage weerstand - het selecteren van een elektrolyt is van essentieel belang voor de prestaties van de accu.

Het recyclen van lithiumbatterijen gebeurt traditioneel door ze mechanisch te versnipperen en te smelten of ze op te lossen in zuur. Helaas vereisen deze processen buitensporige hoeveelheden elektriciteit om te werken en produceren ze bovendien een logge massa metalen die moeilijk te recyclen is. In plaats daarvan stelt dit onderzoek "directe kathode recycling" voor, een energiebesparend alternatief.

Directe kathode-recycling houdt in dat een batterij wordt gedemonteerd in zijn afzonderlijke elementen en wordt gesorteerd op basis van hun fysieke eigenschappen. Eerst wordt er onder inerte atmosfeer geknipt; vervolgens worden de materialen gebroken en vermalen tot fijne fracties voor scheidings- en zuiveringsdoeleinden. Dit proces verwijdert onzuiverheden zoals aluminium en koper die de prestaties kunnen verminderen en overgangsmetaalionen zoals Ni2+ en Co2+ uit de oplossing, waardoor alleen lithiumzouten en grafiet overblijven als outputproducten.

Het is goedkoper dan nieuw kathodepoeder

Lithium-ion batterijen die worden gebruikt in elektrische auto's en smartphones, maar ook in kinderspeelgoed, e-sigaretten en laptops kunnen vaak worden gerecycled; het proces kan echter vaak omslachtig en duur zijn; dit heeft veel bedrijven ervan weerhouden om een recyclingbedrijf te beginnen; onderzoekers werken echter aan oplossingen om recycling eenvoudiger, goedkoper, sneller en milieuvriendelijker te maken.

Lithiumbatterijen worden gemaakt van verschillende materialen, waaronder koper en kobalt. Hoewel deze metalen essentieel zijn voor de productie van batterijen, kan de winning ervan gevaarlijk zijn vanwege de productie van giftig afval, terwijl ze ook bijdragen aan klimaatverandering door de uitstoot van broeikasgassen tijdens de mijnbouwprocessen. Het recyclen van batterijen biedt een oplossing om de vraag naar dergelijke hulpbronnen te verminderen en tegelijkertijd de impact op het milieu te beperken.

Recycling kan helpen om onze waardevolle hulpbronnen te beschermen door ze weg te houden van stortplaatsen waar ze milieuschade kunnen veroorzaken, maar ook om het energieverbruik te verminderen voor de productie van grondstoffen waarvoor dure energie nodig is (wat bijdraagt aan de uitstoot van broeikasgassen) of om te voorkomen dat arbeiders uit de derde wereld worden uitgebuit die onder onveilige omstandigheden naar kobalt of andere mineralen graven.

De typische methode voor het recyclen van lithium-ionbatterijen bestaat uit het versnipperen en zuiveren van de onderdelen om de kathode eruit te halen. Helaas is dit zowel duur als ineffectief voor het produceren van kwaliteitsproducten. Gelukkig zijn onderzoekers alternatieve processen aan het ontwikkelen die de kathodes intact houden zodat ze intact verkocht kunnen worden; deze zullen veel minder duur en milieuvriendelijk zijn dan hun traditionele tegenhangers.

Hoewel lithium-ion-batterijen vaak kunnen worden gerecycled, kan elke cyclus hun zuiverheid iets verminderen. Daarom wordt consumenten aangeraden om een plaatselijke inzamellocatie te zoeken voor gebruikte lithiumbatterijen - hoewel ze veilig genoeg kunnen zijn voor de dagelijkse vuilnisbak, bevatten lithium-ionbatterijen schadelijke chemicaliën die nabijgelegen voorwerpen kunnen aantasten als ze te lang blijven liggen. Daarom kan een veilige verwijdering worden gegarandeerd door gebruik te maken van een geschikte recyclingservice of door de fabrikant te raadplegen voor instructies.

Het is veiliger dan nieuw kathodepoeder

Lithiumbatterijen zijn een integraal onderdeel geworden van elektrische voertuigen (EV's) en andere schone energieproducten, maar moeten op verantwoorde wijze worden gerecycled om te voorkomen dat ze brandgevaarlijk worden of giftige chemicaliën in het milieu lekken. In plaats van batterijen weg te gooien, moeten ze worden ingeleverd bij een van de zeven recyclingcentra voor chemische stoffen en batterijen in huis.

Deze centra zijn gespecialiseerd in het recyclen van lithiumbatterijen in producten zoals elektrisch gereedschap, digitale camera's, kinderspeelgoed, e-sigaretten en laptops. Daarnaast bieden ze veilige oplossingen voor het verwijderen van grotere wattuur-batterijen die in auto's of huizen worden gebruikt, maar ze kunnen geen kleinere wattuur-batterijen accepteren omdat deze te gevaarlijk zijn. Als u een van deze grote wattuur-batterijen bezit en deze wilt laten recyclen, ga dan naar een van de zeven recyclingcentra!

Het recyclen van een lithiumbatterij houdt in dat de batterij eerst wordt versnipperd en dat de minder dure onderdelen, zoals de stalen behuizing van de batterij en de elektronische circuits, van de kathode worden gescheiden. Wetenschappers extraheren vervolgens elementen, waaronder "Black Mass", een extract dat bestaat uit nikkel, kobalt, aluminium en mangaan dat zeldzame en dure metalen bevat; dit poeder kan vervolgens worden gereconditioneerd en gemengd met nieuwe elementen voor betere prestaties, waardoor zeldzame metalen worden gespaard die anders verloren zouden zijn gegaan.

Het recyclen van lithiumbatterijen is een andere geweldige manier om de wereldwijde tekorten aan belangrijke mineralen zoals kobalt en nikkel tegen te gaan, die periodieke bevoorradingsproblemen hebben die de efficiëntie en levensduur van EV's bedreigen. Recycling kan ook helpen om wereldwijde tekorten aan mineralen zoals deze aan te pakken door directer te voldoen aan de wereldwijde vraag naar grondstoffen.

Dit proces lijkt op standaard pyrometallurgische technieken, maar vereist minder energie en afvalproductie dan andere recyclingtechnieken. Als effectief alternatief voor pyrometallurgie - waarbij doorgaans veel energie wordt verbruikt en giftige bijproducten worden geproduceerd - en hydrometallurgie (waarbij metalen langs chemische weg worden teruggewonnen), heeft deze methode hogere terugwinningspercentages voor metalen dan die technieken alleen.

Het is milieuvriendelijker

Het recyclen van batterijen kan de milieu-impact van elektrische voertuigen (EV's) en apparaten die lithiumbatterijen gebruiken, zoals laptops, helpen verminderen. Recycling kan kostbare materialen behouden, hernieuwbare energiebronnen leveren en de behoefte aan mijnbouw verminderen, terwijl tegelijkertijd de hoeveelheid gestort afval afneemt. Helaas is het recyclen van batterijen echter niet zonder uitdagingen.

Ten eerste moeten batterijen volledig ontladen zijn - aangezien lithiumbatterijen gevaarlijk zijn als ze niet in suspensie zijn - om gerecycled te kunnen worden. Zodra ze klaar zijn voor recycling, moeten ze worden afgebroken en in kleine stukjes worden geshredderd voordat ze worden gesmolten of opgelost om de metalen terug te winnen - dit proces kan stof in de lucht produceren dat de omgeving vervuilt en kan leiden tot aandoeningen aan de luchtwegen; lithium wordt beschouwd als een gevaarlijk metaal, daarom is het ook belangrijk om er voorzichtig mee om te gaan.

Onderzoekers van het Faraday Institution in het Verenigd Koninkrijk werken nu aan een nieuwe methode om lithiumbatterijen te recyclen met behulp van een ultrasone sonde "vergelijkbaar met wat tandartsen gebruiken voor het reinigen van tanden", aldus Gupta. Door ultrasoon geluid op oppervlakken te richten, ontstaan kleine belletjes die imploderen en coatings wegblazen, waardoor kathodes en anodes die veel geld waard zijn, kunnen worden teruggewonnen.

Daarnaast helpt recycling het milieu door de koolstofuitstoot door mijnbouw te verminderen. Volgens schattingen van het McKinsey Institute zou recycling op grote schaal van batterijen de koolstofuitstoot met 25% per kilowattuur kunnen verminderen. Het succesvol recyclen van batterijen vereist een succesvolle extractie van waardevolle metalen zonder de kathode of anode te beschadigen.

Lithiumbatterijen bevatten edele metalen zoals nikkel en kobalt die worden gebruikt in zowel elektrische voertuigen (EV's) als elektronische apparaten, maar het is belangrijk om in gedachten te houden dat ze nooit in blauwe of gele recyclebakken mogen worden geplaatst - deze brandgevaarlijke stoffen moeten worden verwerkt in gespecialiseerde recyclingfaciliteiten. Als u lithiumbatterijen om wat voor reden dan ook moet recyclen, wikkel de uiteinden dan in niet-geleidende tape (elektrische, doorzichtige verpakking of duct) voordat u ze inlevert bij een van de zeven Home Chemical and Recycling Centers van de autoriteit of bij een winkel die ze accepteert voor recycling.