Det ökade behovet av litiumjonbatterier i kombination med den begränsade tillgången på de värdefulla metaller som behövs för att tillverka batterierna driver på behovet av effektiva metoder för återvinning av befintliga batterier.
Ny typ av lösningsmedel
En ny metod för att utvinna kobolt ur litiumjonbatterier, utvecklad av Ian Nicholls forskargrupp, för oss mot en grönare batteriindustri. Metoden adresserar två huvudsakliga problem för dagens batteriåtervinning: höga energikostnader och hälsofarliga biprodukter. Det hela går ut på att lösa upp litiumkoboltoxid, den sammansättning av metaller som finns i litiumjonbatterier, i en ny typ av lösningsvätska, varpå kobolt frigörs och kan återanvändas till nya batterier.
– Lösningsmedlet är en kombination av två enkla substanser. Den ena är ett enkelt derivat av urea som finns naturligt i urin. Den andra är acetamid, vilket lätt kan framställas av ättiksyra, förklarar Subramanian Suriyanarayanan, en av Linnéuniversitetets forskare bakom lösningsvätskan som de har utvecklat sedan 2013.
Kräver mindre energi
Den stora fördelen med lösningsvätskan jämfört med dagens energikrävande metoder för återvinning av kobolt, är att extraktionen sker vid mycket lägre temperaturer.
– I vårt fall är reaktionen som mest effektiv redan vid 180 grader Celsius, vilket gör metoden mycket mer energieffektiv än dagens kommersiella lösningar, till exempel pyrometallurgi, som behöver extrema temperaturer, ofta högre än 1400 grader, säger Ian Nicholls.
Kan användas i stor skala
I laboratoriemiljö har forskarna lyckats utvinna över 97 procent av koboltinnehållet i ett stycke litiumkoboltoxid som har tillbringat två dygn i upphettad lösningsvätska. Råvaran har sedan använts till nya batterier, vilka i sin tur har återvunnits på nytt med bibehållen effekt. Nya batterier har tillverkats i samarbete med forskare vid Indian Institute of Technology Madras i Chennai i Indien.
Forskarna vid Linnéuniversitetet ser resultaten som en väg mot en grönare batteriproduktion.
– Kombinationen av lättillgängliga, relativt harmlösa ämnen och energisnålhet gör att vår metod har potential att fungera även i stor skala, säger Ian Nicholls.
Återvinning av litiumjonbatterier
Utvinning av litium och kobolt ur marken är förknippat med miljöproblem och tvivelaktiga arbetsförhållanden. Med bättre metoder för återvinning av befintliga metaller kan användningen av dessa grundämnen bli mer hållbar. I dagsläget är det dock svårt att återvinna de åtråvärda metallerna på ett kostnadseffektivt och säkert sätt, vilket gör att de flesta använda batterierna i stället läggs på hög eller går till förbränning.
Det finns tre huvudsakliga tillvägagångssätt för att återvinna värdefulla metaller, ur till exempel batterier: pyrometallurgi, hydrometallurgi och biometallurgi. Varje metod har sina respektive för- och nackdelar och kan användas var för sig eller tillsammans.
Pyrometallurgi går ut på att separera metaller vid mycket höga temperaturer, ofta över 1400 grader Celsius. Det är den mest utvecklade metoden, men uppvärmningen innebär höga energikostnader samt risk för skadliga gaser.
Vid hydrometallurgi utvinns metaller genom att lösas upp i kemiska vätskeblandningar. Metoden innebär mindre risk för skadliga gaser, men kräver generellt mycket farliga kemiska föreningar som riskerar att släppas ut.
Inom biometallurgi används bakterier för att skilja metaller, men processen kräver generellt ytterligare ämnen för att påskynda reaktionen, och dras med problem både gällande effektivitet, kostnad och miljörisker.
