Litium-ion batterier (LIBs), som lagrer energi som utnytter den reversible reduksjonen av litiumioner, driver de fleste enheter og elektronikk på markedet i dag. På grunn av deres brede spekter av driftstemperaturer, lang levetid, liten størrelse, raske ladetider og kompatibilitet med eksisterende produksjonsprosesser, kan disse oppladbare batteriene i stor grad bidra til elektronikkindustrien, samtidig som de støtter pågående innsats mot karbonnøytralitet.

Rimelig og miljøvennlig resirkulering av brukte LIB-er er et lenge ettertraktet mål i energisektoren, siden det ville forbedre bærekraften til disse batteriene. Eksisterende metoder er imidlertid ofte ineffektive, dyre eller skadelige for miljøet.

Dessuten er LIBer sterkt avhengige av materialer som blir mindre rikelig på jorden, for eksempel kobolt og litium. Tilnærminger som muliggjør pålitelig og kostnadseffektiv utvinning av disse materialene fra brukte batterier vil drastisk redusere behovet for å hente disse materialene andre steder, og dermed bidra til å møte den økende etterspørselen etter LIB.

Forskere ved det kinesiske vitenskapsakademiet utviklet nylig en ny tilnærming basert på såkalt kontakt-elektro-katalyse, som kan muliggjøre resirkulering av brukte LIB-celler. Metoden deres, introdusert i Nature Energy, utnytter overføringen av elektroner som finner sted under væske-fast kontaktelektrifisering for å generere frie radikaler som setter i gang ønskede kjemiske reaksjoner.

"Med den globale trenden mot karbonnøytralitet, øker etterspørselen etter LIB-er kontinuerlig," skrev Huifan Li, Andy Berbille og deres kolleger i papiret deres. "Gjeldende resirkuleringsmetoder for brukte LIB-er trenger imidlertid snarlig forbedring når det gjelder miljøvennlighet, kostnad og effektivitet. Vi foreslår en mekano-katalytisk metode, kalt kontakt-elektro-katalyse, som bruker radikaler generert av kontaktelektrifisering for å fremme metallutvasking under ultralydbølgen Vi bruker også SiO2 som en resirkulerbar katalysator i prosessen."

Som en del av deres nylige studie satte Li, Berbille og deres kolleger ut for å utforske muligheten for at kontaktelektrokatalyse kunne erstatte kjemiske midler som vanligvis brukes til å resirkulere LIB-er. For å gjøre dette brukte de teknikken til å fremkalle kontinuerlig fast-væske-kontakt og separasjon gjennom kavitasjonsbobler, under ultralydbølger.

Dette muliggjorde konstant generering av reaktivt oksygen gjennom elektrifisering av kontakter. De vurderte deretter effektiviteten av denne strategien for resirkulering av litium og kobolt i utslitte LIB-er.

"For litiumkobolt (III) oksidbatterier nådde utvaskingseffektiviteten 100 % for litium og 92,19 % for kobolt ved 90 °C innen seks timer," skrev Li, Berbille og deres kolleger i papiret deres. "For ternært litiumbatterier, nådde utvaskingseffektiviteten til litium, nikkel, mangan og kobolt henholdsvis 94,56 %, 96,62 %, 96,54 % og 98,39 % ved 70 °C innen seks timer."

I innledende tester oppnådde tilnærmingen som ble foreslått av dette teamet av forskere svært lovende resultater, og fremhevet potensialet for å støtte lavkost, bærekraftig og storskala resirkulering av de dyre og svært ettertraktede materialene i LIB-er. Fremtidige studier kan bidra til å perfeksjonere denne metoden, samtidig som dens fordeler og begrensninger vurderes ytterligere, og potensielt bane vei for utplassering i virkelige omgivelser.

"Vi forventer at denne metoden kan gi en grønn, høy effektivitet og økonomisk tilnærming for LIB-resirkulering, og møte den eksponentielt økende etterspørselen etter LIB-produksjoner," skrev forskerne i deres artikkel.