Atık pillerden hızlı lityum geri kazanımı

Temiz enerjide “beyaz altın” olarak bilinen lityum, telefonlardan dizüstü bilgisayarlara, güç sağlayıcılardan şebeke ölçekli enerji depolama sistemlerine kadar büyük ve küçük piilerin temel bileşenini oluşturuyor.

Doğada bol miktarda bulunmasına rağmen elektrikli araçların yaygınlaşması ve jeopolitik faktörler nedeniyle tedarikinde sıkıntı yaşanabiliyor. 2023 yılında 65 milyar doların üzerinde bir değere sahip olan lityum-iyon pil pazarının önümüzdeki sekiz yıl içinde %23’ün üzerinde büyümesi ve lityum tedarikindeki zorlukların artması bekleniyor.

Dahası, kullanılmış pillerden lityum geri kazanımı çevreye zarar veriyor ve oldukça verimsiz. Bunun üzerine çalışmaya başlayan Rice Üniversitesi araştırmacılarından oluşan bir ekip mikrodalga radyasyonu ve biyolojik olarak kolayca parçalanabilen bir çözücü kullanarak lityum geri kazanımı için hızlı, verimli ve çevre dostu bir yöntem geliştirdi. Elde edilen bulgular kullanılmış lityum-iyon pil katotlarındaki lityumun %50’sini 30 saniye gibi kısa bir sürede geri kazandırabileceğini ve lityum-iyon pillerin geri dönüşüm teknolojisindeki önemli bir eşiğin üstesinden gelebileceğini gösteriyor.

Araştırmacılardan Sohini Bhattacharyya, “Son yıllarda lityum-iyon pillerin kullanımında muazzam bir artış gördük ve bu da kaçınılmaz olarak katotlarda kullanılan lityum, kobalt ve nikel gibi kritik metallerin mevcudiyetine ilişkin endişeleri artırıyor” açıklamasında bulunarak bu metalleri geri kazandırmak için kullanılmış lityumları geri dönüştürmenin önemini vurguluyor.

Geleneksel geri dönüştürme yöntemleri genellikle sert asitler içerirken, derin ötektik çözücüler gibi alternatif çevre dostu çözücüler verimlilik ve ekonomik uygulanabilirlikle mücadele ediyor. Bunun yanı sıra mevcut geri dönüşüm yöntemleri büyük ölçüde süreç sırasındaki kayıpların yanı sıra geri kazanımın yoğunluğu nedeniyle lityumun %5’inden daha azını geri kazandırıyor.

Bir başka araştırmacı Salma Alhashim, “Geri kazanım oranı çok düşük çünkü lityum genellikle diğer tüm metallerden göre en son çökeliyor, bu nedenle amacımız lityumu özellikle nasıl hedefleyebileceğimizi bulmaktı” diyerek kolin klorür ve etilen glikol karışımı olan bir derin ötektik çözücüler kullanıldığını ve önceki çalışmalardan bu derin ötektik çözücülerde ilç sırasında lityumun kolin klorürden gelen klorür iyonları tarafından çevrelendiğini ve çözeltiye süzüldüğünü bildiklerini aktardı.

Kobalt veya nikel gibi diğer metalleri süzmek için hem kolin klorür hem de etilen glikolün sürece dahil olması gerekiyor. Bu iki maddeden sadece kolin klorürün mikrodalgaları absorbe etmede iyi olduğunu bilen araştırmacılar, batarya atık malzemesini çözücüye daldırarak mikrodalga radyasyonuyla patlattı.

Bu deney, lityumun diğer metallere göre seçici olarak süzülmesini sağlıyor. Bu işlem için mikrodalga radyasyonu kullanmak bir mutfak mikrodalgasının yiyecekleri hızlı bir şekilde ısıtmasına benziyor. Enerjinin doğrudan moleküllere aktarıldığında reaksiyon geleneksel ısıtma yöntemlerine göre çok daha hızlı gerçekleşiyor.

Yağ banyosu gibi geleneksel ısıtma yöntemleriyle karşılaştırıldığında, mikrodalga destekli ısıtma benzer verimlilikleri neredeyse 100 kat daha hızlı elde edebiliyor.

Bu yöntem, lityum-iyon pillerin geri dönüşümünün ekonomisini ve çevresel etkisini önemli ölçüde iyileştirebileceği gibi büyüyen küresel bir soruna sürdürülebilir bir çözüm sağlayabilir.

Kaynak: Rice Üniversitesi