Lithium-ion batterijen (LIB's), die energie opslaan door gebruik te maken van de omkeerbare reductie van lithiumionen, voeden de meeste apparaten en elektronica die momenteel op de markt zijn. Vanwege hun brede bereik aan bedrijfstemperaturen, lange levensduur, kleine afmetingen, snelle oplaadtijden en compatibiliteit met bestaande productieprocessen kunnen deze oplaadbare batterijen een grote bijdrage leveren aan de elektronica-industrie, terwijl ze ook de voortdurende inspanningen voor koolstofneutraliteit ondersteunen.

De betaalbare en milieuvriendelijke recycling van gebruikte LIB's is een lang gewild doel in de energiesector, omdat het de duurzaamheid van deze batterijen zou verbeteren. Bestaande methoden zijn echter vaak ineffectief, duur of schadelijk voor het milieu.

Bovendien zijn LIB’s sterk afhankelijk van materialen die steeds minder overvloedig aanwezig zijn op aarde, zoals kobalt en lithium. Benaderingen die de betrouwbare en kosteneffectieve extractie van deze materialen uit gebruikte batterijen mogelijk maken, zouden de noodzaak om deze materialen elders te betrekken drastisch verminderen, en zo bijdragen aan het voldoen aan de groeiende LIB-vraag.

Onderzoekers van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben onlangs een nieuwe aanpak bedacht op basis van zogenaamde contact-elektrokatalyse, die de recycling van gebruikte LIB-cellen mogelijk zou kunnen maken. Hun methode, geïntroduceerd in Nature Energy, maakt gebruik van de overdracht van elektronen die plaatsvindt tijdens contactelektrificatie tussen vloeistoffen en vaste stoffen om vrije radicalen te genereren die gewenste chemische reacties initiëren.

"Met de mondiale trend naar koolstofneutraliteit neemt de vraag naar LIB's voortdurend toe", schreven Huifan Li, Andy Berbille en hun collega's in hun paper. "De huidige recyclingmethoden voor gebruikte LIB's moeten echter dringend worden verbeterd in termen van milieuvriendelijkheid, kosten en efficiëntie. We stellen een mechano-katalytische methode voor, genaamd contact-elektro-katalyse, waarbij radicalen worden gebruikt die worden gegenereerd door contactelektrificatie om de metaaluitloging te bevorderen onder de ultrasone golf. We gebruiken daarbij ook SiO2 als recycleerbare katalysator."

Als onderdeel van hun recente onderzoek wilden Li, Berbille en hun collega's de mogelijkheid onderzoeken dat contact-elektrokatalyse chemische middelen zou kunnen vervangen die doorgaans worden gebruikt om LIB's te recyclen. Om dit te doen, gebruikten ze de techniek om continu vast-vloeistofcontact en scheiding uit te lokken door middel van cavitatiebellen, onder ultrasone golven.

Dit maakte de constante generatie van reactieve zuurstof mogelijk door de elektrificatie van contacten. Vervolgens beoordeelden ze de effectiviteit van deze strategie voor het recyclen van lithium en kobalt in versleten LIB's.

"Voor lithiumkobalt (III) oxide-batterijen bereikte de uitlogingsefficiëntie binnen zes uur 100% voor lithium en 92,19% voor kobalt bij 90 ° C", schreven Li, Berbille en hun collega's in hun artikel. "Voor ternair lithium batterijenbereikte de uitloogefficiëntie van lithium, nikkel, mangaan en kobalt binnen zes uur respectievelijk 94,56%, 96,62%, 96,54% en 98,39% bij 70°C.

Bij de eerste tests heeft de door dit team van onderzoekers voorgestelde aanpak veelbelovende resultaten opgeleverd, wat het potentieel ervan benadrukt voor het ondersteunen van de goedkope, duurzame en grootschalige recycling van de dure en zeer gewilde materialen in LIB's. Toekomstige studies zouden kunnen helpen deze methode te perfectioneren, terwijl de voordelen en beperkingen ervan verder kunnen worden beoordeeld, waardoor mogelijk de weg kan worden geëffend voor de toepassing ervan in de praktijk.

"We verwachten dat deze methode een groene, zeer efficiënte en economische benadering kan bieden voor LIB-recycling, waarmee tegemoet kan worden gekomen aan de exponentieel groeiende vraag naar LIB-producties", schreven de onderzoekers in hun paper.