Ny hållbar metod underlättar återvinning av Litium-jon-batterier

Litium-jon-batterier (LIB) är dominerande på marknaden för batterier i bilar och elektronisk utrustning. Kostnaden för ett batteri är till största delen beroende på katod-delen, där det vanligaste aktiva materialet är nickelmangankoboltoxid, NMC. Därför finns ett stort intresse att genom forskning och utveckling förbättra denna komponent. 

Ett grönt metallorganiskt ramverk, MOF, separerar kobolt- och nickeljoner i batterierna.

Illustration: Bruno Vinicius Manzolli Rodrigues.

I en ny studie, publicerad i tidskriften ACS Sustainable Chemistry & Engineering, avslöjar forskare från institutionen för material- och miljökemi, MMK vid Stockholms universitet nya egenskaper hos de ramverk som används för att separera nickel och kobolt, som båda utgör nyckelkomponenter i NMC-katoder i Litium-jon-batterier. En viktig process i återvinningen är att separera kobolt- och nickeljoner i batterierna, vilket sker genom ett metallorganiskt ramverk, MOF.

— Vi upptäckte att bioinspirerade ramverket bara absorberar nickeljoner på ytan, medan koboltjoner finns kvar i lösningen. Den upptäckten banar väg för en hållbar återvinning av LIB-batterier i rumstemperatur, samtidigt som det är möjligt att säkra nollutsläpp av koldioxid, säger Jędrzej Piątek, forskarstudent vid MMK och huvudförfattare till artikeln. 

Enligt medförfattaren Bruno Rodrigues på MMK ger den undersökta metoden för att separera kobolt och nickel en mycket hög renhetsgrad när det gäller kobolt som kan återvinnas, på över 99 procent.

Adam Slabon, lektor vid institutionen för material- och miljökemi, Stockholms universitet. Foto: Ewelina Czermak-Slabon.

Adam Slabon, lektor på MMK och den som leder forskargruppens utveckling av hållbara system för återvinning av batterier, säger:  

— Det är mycket viktigt för vår planets framtid att minimera både farliga och vådliga metoder och användningen av giftiga kemikalier i industriella processer. Vårt mål är att ta fram metoder som möjliggör implementering av en hållbar ekonomi.

Ett metallorganiskt ramverk, MOF baserat på grundämnet Vismut, har tagits fram och använts i studien. Detta bygger på en hållbar process, som inte kräver giftiga kemikalier och har tagits fram av Andrew Ken Inge på MMK. 

— Vårt samarbete visar på hur man kan kombinera gröna material för hållbara ändamål, säger Ken Inge.

Arbete pågår nu vid MMK för att ta fram verktyg som möjliggör hållbar återvinning av Litium. 

Bakgrund

Mer än 60 procent av den globala produktionen av kobolt har sitt ursprung Demokratiska republiken Kongo. Där utvanns cirka 3,6 miljoner ton 2019. Behovet av återvinning är högt, framför allt då den naturliga tillgången minskar. Behovet är också högt av hållbara metoder för återvinning, som till skillnad från många av dagens metoder inte bygger på energikrävande processer och giftiga kemikalier. Studien har genomförts med stöd av Stiftelsen Olle Engkvist (projekt nummer 198-0329).

Länk till artikeln: Toward Sustainable Li-Ion Battery Recycling: Green Metal–Organic Framework as a Molecular Sieve for the Selective Separation of Cobalt and Nickel