Lityum Pil Geri Dönüşümünün Zorlukları

Uygun şekilde geri dönüştürülmeyen lityum piller çevreye zehirli metaller salabilir ve bu metaller daha sonra akciğerlerinize solunarak kardiyovasküler ve akciğer rahatsızlıkları gibi sağlık sorunlarına neden olabilir.

Çoğu lityum pil, eritilmeden (pirometalurji) ya da asitte çözülmeden (hidrometalurji) önce toz haline getirilerek geri dönüştürülür. Her iki süreç de çevreye sera gazı yayarken büyük miktarda enerji tüketir.

Geri dönüştürülmüş katot tozu, ticari olarak üretilen katot tozundan daha gözeneklidir

Katotlar her lityum-iyon pilin merkezinde yer alır ve pilin voltaj ve performansından sorumludur. Yüksek kaliteli katotlar üretmek için malzemelerin yüksek gözenekliliğe (lityum iyonlarının anot ve katot arasında hareket etmesine izin veren yüzey alanı) sahip olması gerekir, bu nedenle daha gözenekli katotlar daha fazla enerji depolama kapasitesi anlamına gelir - aslında bir çalışmada geri dönüştürülmüş katot tozunun ticari olarak üretilen katot tozundan daha gözenekli olduğu ve bu nedenle geri dönüştürülmüş malzeme kullanılarak monte edilen pillerin işlenmemiş malzemeler kullanılarak yapılanlarla benzer performansa sahip olmasına izin verdiği bulunmuştur.

Araştırma, Nikhil Gupta liderliğindeki araştırmacılar tarafından Kaliforniya Üniversitesi, Irvine'de gerçekleştirildi. Geri dönüştürülmüş katot malzemesi kullanmanın pil verimliliğini artırabileceğini ve lityum-iyon pillerin çalışma sürelerini uzatabileceğini gösteren önceki çalışmalara dayanarak, geleneksel yönteminden üç kat daha fazla gözenekli katot tozu üretmek için yeni bir süreç kullandılar. Kesme, öğütme, asit liçi, parçacık boyutuna göre ayırma ve kimya ve işleme işlemlerinin tümü, daha sonra sıvı elektrolitlerle karıştırılan ve geri dönüştürülmüş kaynaklardan kullanılan geleneksel üretim yöntemlerine kıyasla kullanımda daha uzun süre dayanan yüksek performanslı katotlar oluşturmak için tekrar karıştırılmadan önce işlenen yüksek performanslı katotlarla sonuçlanır.

Lityum-iyon piller, elektrolit olarak bilinen anot ve katotları arasında iyonları iletmek için sıvı bir elektrolite ihtiyaç duyar. Genellikle propilen karbonat veya etilen karbonatların dimetil, dietil ve etil metilkarbonatlar gibi alifatik karbonatlarla karışımları gibi sulu olmayan organik çözücülerde çözünmüş inorganik tuzdan oluşan bu element, pil performansında önemli bir rol oynar. Optimum batarya performansı için düşük dirençli bir arayüz sağlamalıdır - elektrolit seçimi batarya performansı için kilit öneme sahiptir.

Lityum pillerin geri dönüşümü geleneksel olarak mekanik olarak parçalanıp eritilmelerini veya asit içinde çözülmelerini içermektedir. Ne yazık ki, bu süreçlerin işletilmesi için aşırı miktarda elektrik gerekirken, aynı zamanda geri dönüşümü zor olan hantal bir metal kütlesi üretmektedir. Bu araştırma bunun yerine enerji tasarrufu sağlayan bir alternatif olan "doğrudan katot geri dönüşümü" öneriyor.

Doğrudan katot geri dönüşümü, bir bataryanın tek tek parçalarına ayrılmasını ve fiziksel özelliklerine göre sınıflandırılmasını içerir. İlk olarak, inert atmosfer altında kesme işlemi gerçekleştirilir; daha sonra, malzemeler ayrıştırma ve saflaştırma amacıyla kırılır ve ince fraksiyonlar halinde öğütülür. Bu işlem, performansı engelleyebilecek alüminyum ve bakır gibi safsızlıkların yanı sıra Ni2+ ve Co2+ gibi geçiş metali iyonlarını çözeltiden uzaklaştırır ve geriye çıkış ürünleri olarak yalnızca lityum tuzları ve grafit kalır.

Yeni katot tozundan daha ucuzdur

Elektrikli arabalar ve akıllı telefonların yanı sıra çocuk oyuncakları, e-sigaralar ve dizüstü bilgisayarlarda kullanılan lityum-iyon piller genellikle geri dönüştürülebilir; ancak süreç genellikle zahmetli ve maliyetli olabilir; bu durum birçok şirketi geri dönüşüm işi kurmaktan caydırmıştır; ancak araştırmacılar geri dönüşümü daha basit, daha ucuz, daha hızlı ve daha çevre dostu hale getirecek çözümler üzerinde çalışmaktadır.

Lityum piller, bakır ve kobalt da dahil olmak üzere çeşitli malzemeler kullanılarak inşa edilir. Bu metaller pil üretimi için gerekli olsa da, çıkarılmaları toksik atık üretimi nedeniyle tehlikeli olabilir ve aynı zamanda madencilik süreçleri sırasında sera gazı yayarak iklim değişikliğine katkıda bulunur. Batarya geri dönüşümü, bu tür kaynaklara olan talebi azaltmaya yardımcı olurken aynı zamanda çevresel etkilerini hafifletmek için bir çözüm sunmaktadır.

Geri dönüşüm, değerli kaynaklarımızı çevreye zarar verebilecekleri çöplüklerden uzak tutarak korumaya yardımcı olabileceği gibi, üretmek için pahalı enerji gerektiren hammaddeleri üretmek için enerji kullanımını azaltabilir (bu da sera gazı emisyonlarına katkıda bulunur) veya güvenli olmayan koşullar altında kobalt veya diğer mineraller için kazı yapan üçüncü dünya işçilerinin sömürülmesini önlemeye yardımcı olabilir.

Lityum-iyon pil geri dönüşümü için tipik yöntem, katodunu çıkarmak için bileşenlerinin parçalanmasını ve saflaştırılmasını gerektirir. Ne yazık ki bu hem pahalı hem de kaliteli ürün üretmede etkisiz bir yöntemdir. Neyse ki araştırmacılar katotların bozulmadan satılabilmesi için onları koruyan alternatif süreçler geliştiriyor; bunlar geleneksel muadillerine göre çok daha az maliyetli ve çevre dostu olacak.

Lityum-iyon piller genellikle geri dönüştürülebilse de, her döngü saflıklarını biraz azaltabilir. Bu nedenle, tüketicilerin kullanılmış lityum piller için yerel bir teslim yeri bulmaları tavsiye edilir - günlük çöp kutusu atımı için yeterince güvenli olsalar da, lityum iyon piller, çok uzun süre ortalıkta bırakıldıklarında yakındaki nesneleri aşındırabilecek zararlı kimyasallar içerir. Bu nedenle, uygun bir geri dönüşüm hizmeti kullanmak veya talimatlar için üreticiye danışmak güvenli bir şekilde imha edilmesini sağlayabilir.

Yeni katot tozundan daha güvenlidir

Lityum piller elektrikli araçların (EV) ve diğer temiz enerji ürünlerinin ayrılmaz bir bileşeni haline gelmiştir, ancak yangın tehlikesi oluşturmamaları veya çevreye zehirli kimyasallar sızdırmamaları için sorumlu bir şekilde geri dönüştürülmeleri gerekmektedir. Pilleri çöpe atmak yerine pil geri dönüşüm merkezleri kullanılmalıdır; mavi veya sarı geri dönüşüm kutuları işleme sırasında potansiyel olarak onlara zarar verebilir ve yangın riski oluşturabilir; bunun yerine yedi Ev Kimyasalları ve Pil Geri Dönüşüm Merkezinden birine bırakılmalıdır.

Bu merkezler elektrikli aletler, dijital kameralar, çocuk oyuncakları, e-sigaralar ve dizüstü bilgisayarlar gibi ürünlerde bulunan lityum pillerin geri dönüşümü konusunda uzmanlaşmıştır. Ayrıca, arabalarda veya evlerde kullanılan daha büyük watt-saat piller için güvenli bertaraf çözümleri sunarlar, ancak çok tehlikeli oldukları için daha küçük watt-saat pilleri kabul edemezler. Bu büyük watt-saat pillerden birine sahipseniz ve geri dönüştürülmesini istiyorsanız - yedi geri dönüşüm merkezinden birini ziyaret edin!

Bir lityum pilin geri dönüşümü için önce parçalanması ve çelik pil muhafazası ve elektronik devreler gibi daha az pahalı bileşenlerin katottan ayrılması gerekir. Bilim insanları daha sonra nadir ve pahalı metaller içeren nikel, kobalt, alüminyum ve manganezden oluşan bir öz olan "Kara Kütle" de dahil olmak üzere elementleri çıkarır; bu toz daha sonra iyileştirilmiş performans için yenilenebilir ve yeni elementlerle karıştırılabilir, böylece aksi takdirde çöpe gidecek olan nadir metaller kurtarılabilir.

Lityum pillerin geri dönüşümü, elektrikli araçların verimliliğini ve ömrünü tehdit eden periyodik arz sıkıntısı yaşayan kobalt ve nikel gibi temel minerallerin küresel kıtlığıyla mücadele etmenin bir başka harika yoludur. Geri dönüşüm, küresel tedarik taleplerinin daha doğrudan karşılanmasına yardımcı olarak bu gibi küresel mineral kıtlıklarının giderilmesine de yardımcı olabilir.

Bu süreç standart pirometalurjik tekniklere benzemekle birlikte diğer geri dönüşüm tekniklerine göre daha az enerji ve atık üretimi gerektirmektedir. Toksik yan ürünler üretirken tipik olarak önemli miktarda enerji tüketen pirometalurji ve hidrometalurji yöntemlerine (metallerin kimyasal yollarla geri kazanılmasını içeren) etkili bir alternatif olan bu yöntem, metaller için tek başına bu tekniklerden daha yüksek geri kazanım oranlarına sahiptir.

Daha çevre dostu

Pil geri dönüşümü, elektrikli araçlar (EV'ler) ve dizüstü bilgisayarlar gibi lityum pil kullanan cihazlarla ilişkili çevresel etkilerin azaltılmasına yardımcı olabilir. Geri dönüşüm, değerli malzemeleri koruyabilir, yenilenebilir enerji kaynakları sağlayabilir ve madencilik ihtiyaçlarını azaltırken aynı zamanda çöp sahası atık hacimlerini de azaltabilir. Ancak ne yazık ki pillerin geri dönüştürülmesinin zorlukları da yok değil.

Öncelikle, pillerin geri dönüştürülebilmesi için tamamen deşarj edilmiş olmaları gerekir - çünkü lityum piller süspanse edilmeden bırakıldıklarında tehlikelidirler. Geri dönüşüme hazır olduklarında, metallerini geri kazanmak için eritmeden veya çözmeden önce parçalanmalı ve küçük parçalara ayrılmalıdır - bu işlem, çevreyi kirleten ve solunum yolu hastalıklarına neden olabilecek havadaki tozları üretebilir; lityum tehlikeli metal olarak kabul edilir, bu nedenle dikkatli bir şekilde kullanılması da önemlidir.

Gupta, İngiltere'deki Faraday Enstitüsü'ndeki araştırmacıların "diş hekimlerinin diş temizliğinde kullandıklarına benzer" ultrasonik bir sonda kullanarak lityum pillerin geri dönüştürülmesinde yeni bir yönteme öncülük ettiklerini söylüyor. Ultrasonun yüzeylere odaklanması küçük kabarcıklar oluşturarak kaplamayı patlatıp yok ediyor ve böylece önemli miktarda para değerinde olan katot ve anotların geri kazanılmasını sağlıyor.

Ayrıca geri dönüşüm, madencilikten kaynaklanan karbon emisyonlarını azaltarak çevreye yardımcı olur. McKinsey Enstitüsü'nün tahminlerine göre, yaygın pil geri dönüşümü karbon emisyonlarını kilovat-saat başına 25% azaltabilir. Batarya geri dönüşümünün başarılı bir şekilde gerçekleşmesi için katot veya anoda zarar vermeden değerli metallerin çıkarılması başarılı bir şekilde gerçekleşmelidir.

Lityum piller hem elektrikli araçlarda (EV) hem de elektronik cihazlarda kullanılan nikel ve kobalt gibi değerli metaller içerir, ancak bunların asla mavi veya sarı geri dönüşüm kutularına konulmaması gerektiğini unutmamak önemlidir - bu yangın tehlikeleri özel geri dönüşüm tesislerinde ele alınmalıdır. Herhangi bir nedenle lityum pilleri geri dönüştürmeniz gerekiyorsa, Kurumun yedi Ev Kimyasalları ve Geri Dönüşüm Merkezinden birine veya bunları geri dönüşüm için kabul eden perakendecilere bırakmadan önce uçlarını iletken olmayan bantla (elektrik, şeffaf ambalaj veya kanal) sarmanız yeterlidir.