Převrat v recyklaci baterií: Plasma a citronová šťáva získají 95 % kovů a obnoví cenný grafit

Vědci z Rice University vyvinuli novou metodu, která umožňuje získat cenné materiály z vyřazených lithium-iontových baterií. Tento inovativní přístup by mohl zásadně přispět k řešení nedostatku kritických nerostů a zároveň zmírnit ekologická rizika spojená s hromaděním bateriového odpadu na skládkách.

Současné dodavatelské řetězce kritických minerálů jsou zranitelné kvůli omezeným a nerovnoměrně rozloženým světovým zásobám. Většina použitých baterií navíc končí na skládkách, kde mohou uvolňovat škodlivé chemikálie. Gautam Chandrasekhar, doktorand zapojený do studie, zdůrazňuje, že recyklace odpadních baterií je nejpraktičtějším řešením, avšak v současnosti se recykluje méně než 10 % bateriového odpadu.

Tým z Rice University představil předúpravu pomocí mikrovlnné plazmy, která umožňuje účinnou regeneraci kovů z bateriového odpadu za relativně mírných podmínek. Proces spočívá v vystavení rozdrceného bateriového materiálu, známého jako „černá hmota“, energizovanému plynu neboli plazmě po dobu přibližně 15 minut. Tento krok mění strukturu kovových sloučenin, což usnadňuje jejich následnou extrakci. Díky plazmové předúpravě lze získat téměř 95 % kovů, včetně lithia, a to za použití kyseliny citronové, která je obsažena například v citronech. Po plazmové fázi jsou materiály ošetřeny kyselinou citronovou při pokojové teplotě, čímž se eliminuje potřeba vysokých teplot nebo silných průmyslových chemikálií. Lithium je dále získáno pomocí vody, což celý proces zjednodušuje.

Konvenční recyklační metody jsou energeticky náročné a vyžadují agresivní chemikálie, přičemž se často zaměřují pouze na získávání katodových materiálů a ostatní komponenty zanedbávají. Xiang Zhang, asistent výzkumného profesora a spoluautor studie, uvádí, že průmyslové procesy mají velmi nízkou účinnost extrakce kovů. Klíčovým pokrokem nové metody je také regenerace grafitu, který tvoří asi 22 % hmotnosti baterie, ale v tradiční recyklaci se kvůli poškození jen zřídka znovu používá. Sohini Bhattacharyya, výzkumná pracovnice a korespondenční autorka, podotýká, že grafit je nejdůležitější a téměř nenahraditelnou složkou lithium-iontových baterií. Plazmová úprava pomáhá grafit vyčistit a opravit odstraněním zbytků a strukturálních defektů, které se hromadí během používání baterie. Obnovený grafit pak vykazuje vynikající výkon jako anoda při opětovném použití v baterii.

Technologie je již patentována a počáteční ekonomická analýza naznačuje, že by mohla překonat stávající průmyslové procesy, zejména díky regeneraci grafitu v znovu použitelné formě. Cílem výzkumníků je vytvořit předúpravný krok, který by mohl být integrován do stávajících recyklačních systémů s cílem zlepšit účinnost a snížit dopad na životní prostředí. Pulickel Ajayan, který vedl výzkumnou skupinu, označuje tuto metodiku za průlomovou pro získávání všech kritických minerálů z bateriové černé hmoty s minimální spotřebou chemikálií a energie.