Egy új vizes alapú oldattal a hagyományos, órákig tartó eljárásokkal szemben alig hatvan másodperc alatt kivonhatók a lítium-ion akkumulátor kritikus összetevői. A fémek rögtön újrahasznosíthatók a gyártásban.
Az okostelefonoktól az elektromos autókig szinte minden modern eszközben van lítium-ion akkumulátor, ám ezek újrahasznosítása jelenleg globálisan is komoly kihívást jelent. Bár a globális nyersanyagkészletek végesek, a technológiai korlátok miatt az akkumulátorok alapanyagainak (például lítium, kobalt, nikkel) napjainkban csak a töredékét sikerül visszanyerni. A Rice Egyetem Anyagtudományi és Nanomérnöki Tanszékének munkatársai most egy olyan eljárást mutattak be a Small című szaklapban, amely áttörést hozhat ezen a területen.
Víz alapú megoldás a maró savak helyett
A jelenleg elterjedt hidrometallurgiai újrahasznosítás során a fémeket oldatba teszik, majd vegyszerekkel kicsapják. Ez a módszer jól skálázható, de az alkalmazott oldószerek gyakran mérgezőek, a környezetkímélőbb alternatívák pedig – eddig – kevésbé voltak hatékonyak. Az amerikai kutatócsoport vizes amino-klorid sókat vizsgált meg, és egy hidroxil-ammónium-klorid (HACl) alapú oldatnál találták a legjobb eredményeket.
A technológia egyik legnagyobb előnye a gyorsasága és az alacsony energiaigénye. „Meglepődtünk, milyen gyorsan zajlik le a reakció, különösen magas hőmérséklet alkalmazása nélkül. Már az első percben azt tapasztaltuk, hogy a fémkinyerés nagy része végbement” – mutatott rá az egyetem videóriportjában Simon M. King (képünkön), a tanulmány vezető szerzője.
A HACl-oldat szobahőmérsékleten, egyetlen perc alatt vonta ki az alapanyagból a kulcsfontosságú fémek nagyjából 65 százalékát.
Amennyiben a feldolgozási időt valamelyest elnyújtották, a hatékonyság több fém esetében 75 százalék fölé emelkedett. Ez jelentős előrelépés a hagyományos módszerekkel szemben, amelyek gyakran maró savakra vagy hosszú ideig tartó, magas hőmérsékletű, energiaigényes folyamatokra támaszkodnak.
A lítium és más fémek visszanyeréséhez a molekulák mozgása jelenti a kulcsot
A kutatók a kísérletek és a modellezés során rájöttek, hogy a hatékonyság hátterében a csökkentett viszkozitás áll. Azzal, hogy a hagyományos szerves oldószereket vízzel helyettesítették, a molekulák szabadabban és gyorsabban mozoghatnak az oldatban, ami felgyorsítja a kémiai reakciót. A HACl egyik különlegessége továbbá a beépített redox-aktív nitrogénközpont, amely aktívan segíti a fémek feloldását. „A rendszer nagy előnye, hogy viszonylag enyhe körülmények között működik” – emelte ki Pulickel Ajayan professzor. A tudós szerint ez az eredmény megnyitja az utat a fenntarthatóbb és ipari méretekben is alkalmazható újrahasznosítási technológiák előtt.
A szakemberek összességében azt gondolják, hogy a felfedezés nemcsak a gyorsaság miatt, hanem azért is fontos, mert segít megérteni azokat a kémiai tulajdonságokat, amelyek a hatékony kioldást irányítják. „Noha a fémek gyors feloldódása igen érdekes, a legizgalmasabb mégis az, hogy ez rávilágít azokra az általános kémiai tulajdonságokra, amelyek a hatékony kioldás fő mozgatórugói” – közölte Sohini Bhattacharyya, az Ajayan-laboratórium kutatója.
Az eljárás végén a kutatók igazolták, hogy a visszanyert fémekből új akkumulátor-alapanyagok gyárthatók, így a folyamat teljes mértékben alkalmas a körforgásos gazdaság támogatására.
Az eredmények új irányt mutatnak a jövő azon újrahasznosító rendszerei számára, ahol az alacsony toxicitású anyagok és a precíz kémiai tervezés ötvözésével javítható a környezeti lábnyom.
Rovattámogató …