Forskare vid finska Aalto University har undersökt ett nytt sätt att återvinna den positiva elektroden (av LiCoO2) i litiumjonbatterier genom att helt enkelt ”fylla på” med litium. I stället för att krossa och smälta ner batteriet kan elektroden efter en elektrokemisk process istället återanvändas, och det med nästan lika bra prestanda som nya.
Elektroder borttagna från batterier. Elektroden består till exempel av en film tillverkad av aluminium eller koppar som är täckt med ett tunt lager av aktivt material.
Foto: Aalto University
Efterfrågan på litiumjonbatterier har ökat med 30 procent per år mellan åren 2010 till 2018 till en volym på 180 GWh för 2018 och efterfrågan spås öka med cirka 25 procent per år under kommande år. Något som kan komma att leda till råvarubrister och ökande priser på kritiska metaller såsom litium och kobolt. Samtidigt förbereder den Europeiska kommissionen ett nytt batteridekret som kräver en återvinning av 95 procent av kobolt i batterier, men dagens batteriåtervinningsmetoder är långt ifrån perfekta.
Forskare vid Aalto University har nu upptäckt att elektroder i litiumbatterier som innehåller kobolt kan återanvändas precis som efter de nyligen har mättats med litium. Jämfört med traditionell återvinning, som vanligtvis extraherar metaller från krossade batterier genom att smälta eller lösa upp dem, sparar den nya processen värdefulla råvaror och enligt Aalto University sannolikt också energi.
– I vår tidigare studie om hur litiumkobaltoxid-batterier åldras märkte vi att en av de främsta orsakerna till batteriets försämring är utarmningen av litium i elektrodmaterialet. Strukturerna kan ändå förbli relativt stabila, så vi ville se om de kan återanvändas, säger professor Tanja Kallio vid Aalto-University.
Nästan som nya
Uppladdningsbara litiumjonbatterier har två elektroder mellan vilka elektriskt laddade partiklar rör sig. Litiumkobaltoxid används i den ena elektroden och i de flesta batterierna är den andra tillverkad av kol och koppar. Med traditionella batteriåtervinningsmetoder går en del av batteriernas råvaror förlorade och litiumkobaltoxid förvandlas till andra koboltföreningar, vilket därpå kräver en lång kemisk förädlingsprocess för att åter vinna tillbaka dem till nytt elektrodmaterial. Den nya metoden kringgår denna process genom att fylla på det förbrukade litiumet i elektroden: med hjälp av en elektrolysprocess – som ofta används inom industrin – kan koboltföreningen återanvändas direkt.
Enligt forskarna så visar resultaten att prestandan hos elektroder som nyligen mättats med litium är nästan lika bra som de som är gjorda av nytt material. Kallio tror att metoden efter vidareutveckling också skulle fungera i industriell skala.
– Genom att återanvända batteriernas strukturer kan vi undvika mycket arbete som är vanligt vid återvinning och potentiellt spara energi samtidigt. Vi tror att metoden kan hjälpa företag som utvecklar industriell återvinning, säger Kallio.
Därefter kommer forskarna att undersöka om samma metod också kan användas för nickelbaserade batterier för elbilar.
Forskningsresultaten är publicerade i tidningen ChemSusChem.
Lahtinen, K., Rautama, E., Jiang, H., Räsänen, S. and Kallio, T. (2021), The reuse of LiCoO2 electrodes collected from spent Li‐ion batteries after the electrochemical re‐lithiation of the electrode.
Länk till artikeln
