Otapalo koje omogućuje „plavo-zeleni“ način recikliranja baterija
Otpad baterija predstavlja sve veći okolišni izazov
Znanstvenici su otkrili način za rješavanje zasićenosti iskorištenim litij-ionskim baterijama koje se nakupljaju iz električnih vozila, pametnih telefona i drugih elektroničkih uređaja.
Pulickel Ajayan, profesor inženjerstva i kemije na Sveučilištu Rice, iskoristio je ekološki prihvatljivo eutektičko otapalo za ekstrakciju vrijednih elemenata iz metalnih oksida koji se često koriste kao katode u litij-ionskim baterijama. Istraživanje je objavljeno u zborniku Nature Energy, a podržala ga je i američka Nacionalna zaklada za znanost.
Istraživači navode da je cilj istraživanja ograničiti korištenje grubih procesa za recikliranje baterija i spriječiti njihovo dospijevanje na odlagališta. Otapalo napravljeno od srodnih proizvoda holin klorida i etilen glikola ekstrahira više od 90 % kobalta iz praškastih tvari i manju, ali svejedno značajnu količinu iz iskorištenih baterija.
„Otpad punjivih baterija, posebice od litij-ionskih baterija, postat će znatan okolišni izazov u budućnosti budući da se zahtjev za njima naglo povećava zbog upotrebe u električnim vozilima i drugim uređajima“, rekao je Ajayan. „Važno je obnoviti strateške metale poput kobalta čija je opskrba ograničena i koji su kritični za rad ovih uređaja koji skladište energiju. Nešto što možemo naučiti iz sadašnje situacije s plastikom je da je sada pravo vrijeme za opsežnu strategiju recikliranja sve većeg otpada od baterija.“
„Ovo se već prije pokušalo s kiselinama“, navodi glavna autorica i studentica diplomskog studija Kimmai Tran. „One su učinkovite, ali istovremeno korozivne i štetne za okoliš. Sve u svemu, recikliranje litij-ionskih baterija općenito je skupo i rizično za radnike.“
Drugi procesi također imaju svoje nedostatke
Pirometalurgija uključuje usitnjavanje i miješanje na ekstremnim temperaturama, a štetni plinovi zahtijevaju pročišćavanje. Hidrometalurgija zahtijeva jake kemikalije, dok druga „zelena“ otapala koja ekstrahiraju metalne ione često zahtijevaju dodatne tvari ili visokotemperaturne procese da bi ih u potpunosti uklonili.
„Prednost ovog jako eutektičkog otapala je da može otopiti širok spektar metalnih oksida“, rekla je Tran. „Doslovno je napravljen od aditiva za piletinu i uobičajene komponente od koje se dobiva plastika koji kad se skupa pomiješaju na sobnoj temperaturi tvore prozirnu, relativno netoksičnu otopinu koja ima učinkovita svojstva otapanja.“
Eutektičko otapalo mješavina je dvije ili više tvari koje se ledi na temperaturi mnogo nižoj od bilo koje od komponenti koje ga sačinjavaju. Na taj način, navodi Tran, može se dobiti tekućina jednostavnom kombinacijom čvrstih tvari.
„Velika depresija točke ledišta i tališta nastaje zbog vodikovih veza između različitih kemikalija. Odabirom pravih komponenti mogu se napraviti jeftina, 'zelena' otapala sa zanimljivim svojstvima“, objasnila je Tran.
Promjena boje
Kada se Tran priključila istraživanju, Rice grupa je već testirala eutektičku otopinu kao elektrolit u naprednim visokotemperaturnim superkondenzatorima.
„Pokušali smo je iskoristiti u superkondenzatorima s metalnim oksidima i otapala ih je, a boja otopine se mijenjala“, rekao je znanstveni istražitelj i koautor Babu Ganguli.
„Eutektik je povlačio ione iz nikla u superkondenzatoru, pa smo shvatili da bi mogli iskoristiti ono što se smatralo nedostatkom kod elektrolita kao prednost za otapanje i recikliranje potrošenih litijskih baterija“, rekao je Ganguli.
Upravo se na to usredotočila Kimmai Tran, testirajući jako eutektička otapala na metalnim oksidima na različitim temperaturama i u različitim vremenskim intervalima. Tijekom testova s prahom litijevog kobalt oksida, prozirna otopina poprimila je široki spektar plavo-zelenih boja koji je upućivao na prisutnost kobalta otopljenog u njoj.
Na 180 °C (356 °C) otopina je ekstrahirala približno 90 % litijevih iona i do 99 % kobaltovih iona iz praha pri određenim uvjetima.
Povrat kobalta
Istraživači su napravili mali prototip baterija i proveli na njima 300 ciklusa prije izlaganja elektroda jednakim uvjetima. Otopina se pokazala dobrom za otapanje kobalta i litija pri odvajanju metalnih oksida od ostalih tvari prisutnih u elektrodi.
Otkrili su da mogu povratiti kobalt iz eutektičke otopine precipitacijom ili čak elektroplatiniranjem čelika, a potonja je metoda omogućila i ponovnu upotrebu samog eutektičkog otapala.
„Usredotočili smo se na kobalt“, rekao je Marco Rodrigues, bivši student na Rice Sveučilištu, a sadašnji postdoktorski istraživač u Nacionalnom laboratoriju Argonne. „Sa stajališta resursa, kobalt je najvažniji dio. Baterija na vašem telefonu sigurno ima puno kobalta. Litij je također jako vrijedan, ali kobalt nije samo prijetnja za okoliš, već je i vrlo rijedak.“
Rodrigues navodi da američko ministarstvo energetike ulaže trud za napredak tehnologije recikliranja baterija te da su nedavno najavili centar za recikliranje Li-ionskih baterija. Napredak će zahtijevati kontinuirani trud.
„Vjerojatno nećemo moći reciklirati i zamijeniti rudarstvo u potpunosti“, rekla je Tran. '“Ove tehnologije su relativno nove i postoji puno poboljšanja koja se trebaju napraviti poput istraživanja drugih eutektičkih otapala, ali istinski vjerujemo u potencijal obavljanja prljave kemije na zeleni način.“
Žarko Šaravanja / Ekovjesnik