Forskare på Chalmers presenterar nu ett nytt och effektivt sätt att återvinna metaller från elbilsbatterier. Metoden gör det möjligt att återvinna 100 procent aluminium och 98 procent litium ur förbrukade elbilsbatterier. Samtidigt minimeras förlusten av värdefulla råvaror som nickel, kobolt och mangan. Det krävs inga dyra eller skadliga kemikalier i processen, då forskarna använder sig av oxalsyra – en syra som även förekommer i växtriket.
– Hittills har ingen lyckats hitta exakt rätt förutsättningar för att separera så här mycket litium med oxalsyra – och dessutom få bort allt aluminium samtidigt. Eftersom alla batterier innehåller aluminium behöver vi kunna ta bort det utan att förlora de andra metallerna, säger Léa Rouquette, doktorand vid institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers.
I Chalmers batteriåtervinningslabb visar Léa Rouquette och forskningsledaren Martina Petranikova hur den nya metoden fungerar. I labbet finns uttjänta bilbattericeller och i dragskåpet finns deras krossade innehåll i form av ett finmalt svart pulver som löses i en genomskinlig vätska – oxalsyra. Léa Rouquette blandar vätska och pulver i något som påminner om en köksmixer. Även om det ser lätt ut, nästan som om hon skulle koka kaffe, är det exakta tillvägagångssättet unikt och ett nyligen publicerat vetenskapligt genombrott. Genom att finjustera temperatur, koncentration och tid har forskarna tagit fram ett nytt och utmärkt recept för att använda oxalsyra – en miljövänlig ingrediens som även återfinns i växter som rabarber och spenat.
– Det behövs alternativ till dagens oorganiska kemikalier. Dessutom är en av de största flaskhalsarna i dagens processer att få bort restmaterial som aluminium. Det här är en innovativ metod som kan förse återvinningsindustrin med nya alternativ och bidra till att lösa problem som hindrar utvecklingen, säger Martina Petranikova, docent vid institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers.
Kastar om ordningen och undviker spill
Den vätskebaserade återvinningsmetoden kallas för hydrometallurgi. I traditionell hydrometallurgi tar man först bort det ”orena” i materialet, som aluminium och koppar, och efter det kan man ta vara på värdefulla metaller som litium, kobolt, nickel och mangan. Även om det bara återstår små mängder av aluminium och koppar, krävs det flera reningssteg och varje steg i processen orsakar spill. I den nya metoden vänder forskarna på kuttingen och separerar litium först, tillsammans med aluminium. På så sätt kan de minska spillet av de värdefulla metaller som behövs för att tillverka nya batterier.
Även den senare delen av processen, där den svarta blandningen filtreras, för tankarna till kaffebryggning. Medan aluminium och litium hamnar i vätskan blir de övriga metallerna kvar i ”sumpen”. Nästa steg i processen är att separera aluminium och litium.
– Eftersom metallerna har mycket olika egenskaper ser vi inte att det ska vara svårt att separera dem. Vår nya metod visar en ny lovande väg framåt för batteriåtervinningen – en väg som det finns all anledning att utforska vidare, säger Léa Rouquette.
– Då metoden kan användas även i stor skala hoppas vi att den ska komma till nytta i industrin de kommande åren, säger Martina Petranikova.
Martina Petranikovas forskargrupp har under många år bedrivit ledande forskning inom återvinning av de metaller som finns i litiumjonbatterier. Gruppen är involverad i flera olika samarbeten med företag som utvecklar återvinning av elbilsbatterier och är partner i stora forsknings- och utvecklingsprojekt, som till exempel Volvo Cars och Northvolts projekt Nybat.
Den vetenskapliga artikeln Complete and selective recovery of lithium from EV lithium-ion batteries: Modeling and optimization using oxalic acid as a leaching agent har publicerats i tidskriften Separation and Purification Technology. Studien har utförts av Léa Rouquette, Martina Petranikova och Nathália Vieceli vid institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers.
Forskningen har finansierats av Energimyndigheten, Base battery Sweden, Vinnova och experimenten har utförts med uttjänta elbilsbatterier från Volvo Cars, processade av Stena Recycling och Akkuser Oy.
