:format(webp)/nginx/o/2024/07/31/16258141t1h9fb9.jpg)
Uus meetod taastab liitiumi utiliseeritud akudest kiiremini ja keskkonnasõbralikumalt.
Liitium on piiratud ressurss ning mida rohkem me seda laetavatesse akudesse lukustame, seda vähem meil seda kasutuseks järele jääb. Uus kiire meetod võib muuta mängu reegleid, suurendades materjali kättesaadavust.
Tänapäeva laaditavate seadmete, sealhulgas autode, ostmise viis on viinud liitium-ioonakude nõudluse järsu tõusuni. Praegu hinnatakse liitium-ioonakude turu väärtuseks umbes 65 miljardit dollarit ning see eeldatavasti kasvab järgmise kaheksa aasta jooksul lisaks veel 23%.
Liitium on suhteliselt kerge metall, mis suudab talletada palju energiat, seega on selle väärtus tänases maailmas üsna selge. Kuid liitiumi kaevandamine võib olla keskkonda kahjustav ning geopoliitilised mured mitmetes piirkondades, kus seda leidub, võivad ohustada tarneahelaid. Samuti on varem ennustatud, et praegused liitiumikaevandused suudavad toota vaid poole vajalikust kogusest aastaks 2030.
Arvestades neid tegureid, on oluline kas leida viise liitiumivabade akutehnoloogiate tootmiseks, otsida uusi meetodeid ja allikaid liitiumi kaevandamiseks või leida viise kasutatud akudes talletatud liitiumi taaskasutamiseks. Kuid liitiumi taaskasutamine võib olla aeganõudev, mängus on karmid kemikaalid ning täna suudetakse taastada vähem kui 5% algselt kasutatud energeetilisest metallist.
Rice'i Ülikooli teadlased tulid välja parema lahendusega. Nad alustasid äärmuslikult eutektiliste lahustite (deep eutectic solvents ehk DES) kasutamisest, mis on keskkonnasõbralikud vedelikud, mis suudavad lahusest liitiumit ja muid metalle välja sadestada.
«Taastumise määr on nii madal, kuna liitium sadestub tavaliselt viimasena peale kõiki teisi metalle,» selgitas Salma Alhashim, Rice'i doktorikraadi omandanu ja üks uuringu juhtivatest autoritest. «Selles uuringus kasutati DES-i, mis on koliinkloriidi ja etüleenglükooli segu, teades eelmisest tööst, et selles DES-is leostamisel (leaching) ümbritsevad kloriidioonid liitiumi ja see leostub lahusesse.»
Tavaliselt tuleb ühendit kuumutada, et sundida metalle välja sadestuma ning liitiumi sisaldavate ühendite puhul tagatakse see kuumus tavaliselt õlivanni abil. Kuid protsess võtab üsna palju aega, mille jooksul liitium ise võib hakata lagunema.
Kiiruse suurendamiseks otsustas Rice'i meeskond proovida mikrolaineid, teades, et koliinkloriid, mis viib liitiumi isoleerimiseni, on väga hea mikrolainete neelaja.
Kiiruse kasv oli muljetavaldav. Teadlased suutsid liitiumi välja sadestada peaaegu 100 korda kiiremini kui see õnnestuks õlivannil. Tegelikult kulus neil vaid 15 minutit, et saada tagasi 87% liitiumist – protsess, mis õlivanni kasutades võtaks 12 tundi.
«See võimaldas leostada liitiumi valikuliselt teiste metallide ees,» rõõmustas Sohini Bhattacharyya, üks teistest juhtivatest autoritest ja nanomaterjalide labori järeldoktor. «Mikrolainekiirguse kasutamine selles protsessis on sarnane sellele, kuidas mikrolaineahi toitu kiiresti soojendab. Energia kantakse otse molekulidele, muutes reaktsiooni toimumise palju kiiremaks kui tavapärased kuumutamismeetodid.»
Teadlaste sõnul saab meetodit kohandada ka teiste elementide sihtimiseks ja DES-i koostist täpsemaks häälestades: seega võib see olla võimeline taastama akudest ka muid metalle, nagu koobalt või nikkel. Töörühm rõhutab ka oma lähenemise keskkonnasõbralikke eeliseid.
«See meetod suurendab mitte ainult taastumismäära, vaid vähendab ka keskkonnamõju, mis teeb sellest paljulubava sammu DES-põhiste taaskasutussüsteemide laialdasel kasutuselevõtul valikulise metallide taastamise jaoks,» ütles Pulickel Ajayan, uuringu vastutav autor ja materjaliteaduse ja nanoehituse osakonna juhataja.
Töö on avaldatud ajakirjas Advanced Functional Materials.
Allikad: Rice'i Ülikool ja New Atlas
/nginx/o/2021/03/04/13662113t1h56a3.png)