Kendi enerjisiyle çalışan yeni bir geri dönüşüm tekniği, kullanılmış lityum iyon pillerden değerli metallerin geri kazanılmasında çığır açıyor. Araştırmacılar, hücrenin depoladığı enerjiyi kullanarak kontrollü bir termal kaçış başlattıkları yeni yöntemle, harici enerji ve tehlikeli kimyasal ihtiyacını önemli ölçüde azaltmayı başardı.
TERMAL KAÇIŞLA PARÇALAMA
Yeni teknik, pilin iç yapısında kendi kendini ısıtan bir reaksiyon başlatarak, bileşenlerin ayrışmasını sağlıyor. “Doğrudan termal kaçak, katot termal indirgemesini teşvik eder ve bu da malzeme çıkarımını kolaylaştırır” diyen araştırmacılar, bu yaklaşımın lityum iyon pillerin olgunlaşmış geri dönüşüm stratejileri içinde kaçınılmaz bir yön olduğunu vurguladı.
Araştırmacılar, pilin şarj seviyesinin dikkatli bir şekilde ayarlanmasıyla iç sıcaklığın kontrol edilebileceğini gösterdi. Örneğin, 24 amper-saat kapasiteli, nikel-manganez-kobalt (NMC) katotlu bir hücre yüzde 70 şarj edildiğinde, pilin iç sıcaklığı yaklaşık 1.100°C’ye ulaştı. Bu sıcaklık, katotları daha çözünebilir formlara dönüştürerek işlemi kolaylaştırdı.
HARİCİ ENERJİYE GEREK YOK
Bu yöntem, geleneksel geri dönüşüm süreçlerinden olan pirometalurji ve hidrometalurji tekniklerinden belirgin şekilde ayrılıyor. Pirometalurji 1.400°C’yi aşan sıcaklıklarda yüksek enerji tüketimine neden olurken, hidrometalurji ise güçlü kimyasallara ve ardından yoğun atık yönetimine ihtiyaç duyuyor. Yeni yöntemde ise asıl enerji girdisi, yalnızca hücreyi şarj etmek için kullanılan elektrik. Isıl işlemden sonra, öğütme ve eleme yöntemleriyle bakır ve alüminyum bileşenler kolayca ayrıştırılıyor.
İKİ AŞAMALI GERİ KAZANIM
Geri dönüşüm süreci iki temel aşamaya ayrılıyor:
1. Suyla Yıkama: Termal reaksiyon sonucu ortaya çıkan lityum tuzlarını çözerek, toplam lityumun yüzde 60’ından fazlası geri kazanılıyor.
2. Asitle Ekstraksiyon: Kalan lityum ve geçiş metalleri (nikel, kobalt ve manganez) seyreltik hidroklorik asit ile çözülüyor. Bu işlem, lityumun yüzde 93’ünden fazlasını, geçiş metallerinin ise yüzde 95’ini geri kazandırıyor.
Ek olarak, kalan grafitin düşük düzeyde metal kirliliğine sahip olduğu ve yeni pillerde yeniden kullanılabileceği tespit edildi.
ÇEŞİTLİ PİL TİPLERİNDE YÜKSEK VERİM
Yeni yöntem, farklı pil kimyası üzerinde de test edildi. Bazı NMC türlerinde lityum geri kazanımı yüzde 98’in üzerine çıktı. Kobalt içermeyen lityum demir fosfat (LFP) hücrelerde ise yalnızca suyla yıkama işlemiyle lityumun yüzde 87,7’si başarıyla geri kazanıldı.
SÜREÇ TAMAMIYLA BELGELENDİ
Yayımlanan çalışmada, geri dönüşüm sürecinin operasyonel ayrıntılarına da yer verildi. Termal kaçışın başlatılmasından malzeme ekstraksiyonuna kadar olan yaklaşık 335 dakikalık zaman çizelgesi, mekanik ve elektriksel tetikleyiciler ve gaz yönetimi stratejileriyle birlikte detaylı biçimde açıklandı. Bu yöntem, sadece çevre dostu olmakla kalmayıp aynı zamanda ekonomik sürdürülebilirlik açısından da endüstriyel geri dönüşüm süreçlerine güçlü bir alternatif sunuyor.
