リチウム電池を粉砕することはリサイクルに役立つでしょうか?

研究者らは機械力を利用して小規模に電池からリチウムを回収した

古い電池を粉砕することは、電池に使用されているリチウムやその他の金属を低エネルギーでリサイクルする方法につながる可能性があります。

リチウムイオン電池は、電話、ラップトップ、ワイヤレスヘッドフォンなど、私たちのすべてのパーソナルテクノロジーに組み込まれており、電気自動車に電力を供給します。 彼らがいなかったら、私たちの生活はまったく違ったものになっていたでしょう。

充電式バッテリー内のリチウムは現在、高温に加熱するか、濃酸や有機溶媒で処理することによってリサイクルされています。 どれだけのリチウムがリサイクルされるかについての推定値はさまざまですが、リチウム電池コンサルタントのハンス・エリック・メリン氏の計算によると、おそらく電池内の金属の 15% が回収されると考えられます。

ドイツのカールスルーエ工科大学の材料科学者であるオレクサンドル・ドロトコ氏と彼の同僚は、メカノケミストリー（研削またはフライス加工による機械力による化学反応の開始）を使用して、リチウムイオン電池からリチウムを回収しました。

このような電池には、リチウム化合物やコバルトやニッケルなどの他の金属が含まれています。 これらの金属の供給は深刻に不足しているわけではありませんが、化石燃料エネルギーからの移行の一環としてバッテリー駆動の機器がより普及しているため、金属のリサイクルはより重要になっています。 欧州連合は、2031年までにすべてのバッテリーのリチウムを80％回収するという目標を設定しています。

ドロトコ氏のチームは 2 つの抽出方法を開発しましたが、成功度はさまざまでした。 彼らはまず、コバルト酸リチウム電池から正極材料を取り出し、それを同量のアルミニウム箔と組み合わせました。 実際の電池にはアルミニウムが含まれており、電子が電池の外に移動できるようにする「集電体」として使用されます。 研究者らはボールミルと呼ばれる粉砕機を使用して化合物を混合した。 3時間後、アルミニウムはカソード材料と反応し、不溶性酸化アルミニウム、金属コバルトおよび水溶性酸化リチウムの混合物を生成した。

水ベースの浸出として知られる分離方法とさらなる精製により、リサイクルされたリチウム化合物である炭酸リチウムが生成され、これをより多くの電池の製造に使用できます。

しかし、これらの反応では金属の 30% しか回収されませんでした。 「どこかでリチウムが失われました」とドロトコ氏は言う。 そこでドロトコ氏のチームは実験を微調整した。 2 番目のバージョンでは手順が少なく、ボールミルから得られた混合物を水で加熱しました。 これにより、リチウムを閉じ込める不溶性リチウムアルミニウム酸化物の形成が防止されました。

チームは、電池に使用されるさまざまな正極材料、および正極の混合物を使用して両方のプロセスをテストしました。 改良されたプロセスにより、正極材料の混合物からリチウムの 75% が回収されました。

メカノケミストリーは商業的な化学プロセスでは通常使用されず、機械力がどのようにして化学反応を引き起こすのか正確には完全には理解されていない、とドロトコ氏は言う。 「それがどのように起こるかを言うのは本当に難しいです」と彼は言います。 おそらく、プロセスの特定の時点で温度が上昇するか、摩擦によって中間生成物が生成されるのではないかと彼は示唆しています。 しかし、彼の予想通り、粉砕によりアルミニウムが還元剤として作用するようになった。

このメカノケミカルリサイクルプロセスは小規模実験室規模でのデモンストレーションであり、革新的な技術というよりも原理の証明である、とロンドンに本拠を置くリチウム専門コンサルタント会社サーキュラー・エネルギー・ストレージのディレクター、メリン氏は言う。 -イオン電池の使用済み市場。 同氏は、バッテリーのリサイクルは単に新しい技術を開発するよりも複雑であり、原材料の経済性や電気自動車などバッテリーを使用する技術の導入と同じくらい重要であると指摘する。

「私たちは現在、2030年に必要なリチウムがどこから来るのか本当に分からない状況にあります」とメリン氏は言う。

ドロトコ氏は、このプロセスを改良する機会があると述べ、コバルトやニッケルなどの他の金属も同時に電池から抽出することにも取り組んでいると述べた。

この記事は許可を得て複製されており、2022 年 3 月 29 日に初めて公開されました。

キャサリン・サンダーソン英国コーンウォールを拠点とするフリージャーナリスト。

ジョーダン・ウィルカーソン

メリッサ・C・ロット

ジョン・フィアルカとE&Eニュース