Rýchlejší a čistejší spôsob extrakcie lítia z odpadu batérie
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 7. 8. 2024
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Lítium je vyčerpateľný zdroj a čím viac ho uzamykáme vo vnútri nabíjateľných batérií, tým menej ho máme na iné použitie. Nová rýchla metóda na oslobodenie tohto prvku z takýchto batériových zdrojov by mohla dostupnosť tohto materiálu.
Dopyt po lítium-iónových batériách, ktoré poháňajú veľkú časť našich spotrebiteľských technológií, prudko stúpa. Očakáva sa, že trh s lítium-iónovými batériami vzrastie v nasledujúcich ôsmich rokoch o 23 %.
Ako relatívne ľahký materiál so schopnosťou uchovať veľa energie je hodnota lítia jasná. Ťažba tohto prvku však môže byť deštruktívna pre životné prostredie a geopolitické obavy v niekoľkých oblastiach, kde je ho veľa, môžu ohroziť dodávateľské reťazce. Navyše existujú predpovede, že súčasné lítiové bane budú schopné do roku 2030 produkovať len polovicu toho, čo je potrebné na uspokojenie dopytu.
Ak sa zoberú do úvahy tieto faktory, je dôležité buď nájsť spôsoby výroby technológií batérií bez lítia, hľadať nové metódy a zdroje na jeho extrakciu alebo nájsť spôsoby, ako recyklovať lítium uložené v použitých batériách. Recyklácia lítia však môže byť časovo náročná, môže používať drsné chemikálie a môže viesť k obnoveniu menej ako 5 % celkového množstva pôvodne použitého prvku.
Vedci z Univerzity Rice teda prišli s lepším riešením. Začali s použitím chemikálií známych ako hlboké eutektické rozpúšťadlá, čo sú ekologické kvapaliny, ktoré môžu z roztoku vyzrážať lítium a iné kovy.
„Miera regenerácie je taká nízka, pretože lítium sa zvyčajne zráža ako posledné po všetkých ostatných kovoch, takže naším cieľom bolo zistiť, ako môžeme lítium konkrétne zacieliť,“ povedala Salma Alhashimová, absolventka doktorandského štúdia, ktorá je jedným z hlavných autorov štúdie. „Tu sme použili hlboké eutektické rozpúšťadlo, ktoré je zmesou cholínchloridu a etylénglykolu, pričom z našej predchádzajúcej práce vieme, že počas lúhovania v tomto hlbokom eutektickom rozpúšťadle sa lítium obklopí chloridovými iónmi z cholínchloridu a vylúhuje sa do roztoku.“
Normálne je potrebné zlúčeninu zahriať, aby sa kovy vyzrážali, a v prípade zlúčenín obsahujúcich lítium tento zdroj tepla zvyčajne poskytuje olejový kúpeľ. Ale proces trvá dosť času, počas ktorého môžu zlúčeniny lítia začať degradovať.
Aby sa veci urýchlili, tím sa rozhodol vyskúšať mikrovlny, pretože vedel, že cholínchlorid, ktorý vedie k izolácii lítia, veľmi dobre absorbuje mikrovlnné žiarenie.
Zvýšenie rýchlosti bolo pôsobivé. Vedci boli schopní vyzrážať lítium takmer 100-krát rýchlejšie ako olejový kúpeľ. V skutočnosti im trvalo len 15 minút, kým získali späť až 87 % lítia. Proces by pri použití olejového kúpeľa trval až 12 hodín.
„To nám umožnilo selektívne vylúhovať lítium oproti iným kovom,“ povedala Sohini Bhattacharyyaová, jedna z ďalších vedúcich autorov a postdoktorandská pracovníčka v Laboratóriu nanomateriálov. „Používanie mikrovlnného žiarenia na tento proces je podobné tomu, ako kuchynská mikrovlnná rúra rýchlo ohrieva jedlo. Energia sa prenáša priamo do molekúl, vďaka čomu reakcia prebieha oveľa rýchlejšie ako konvenčné metódy zahrievania.“
Výskumníci tvrdia, že metóda môže byť tiež prispôsobená tak, aby sa zamerala na iné prvky vyladením zloženia hlbokého eutektického rozpúšťadla, takže by mohla mať schopnosť získať z batérií ďalšie kovy, ako je kobalt alebo nikel. Tím tiež zdôrazňuje ekologické výhody svojho prístupu.
„Táto metóda nielen zvyšuje mieru zhodnocovania, ale tiež minimalizuje vplyv na životné prostredie, čo z nej robí sľubný krok smerom k nasadeniu recyklačných systémov založených na hlbokom eutektickom rozpúšťadle vo veľkom meradle na selektívne zhodnocovanie kovov,“ povedal Pulickel Ajayan, zodpovedajúci autor štúdie a vedúci oddelenia Materiálová veda a nanoinžinierstvo.
Práca bola nedávno publikovaná v magazíne Advanced Functional Materials.
