Novità del settore

Gli scienziati usano la buccia della frutta per trasformare le vecchie batterie agli ioni di litio in nuove

2021-06-16
TEMI:
Tecnologia della batteria,Energia,Università tecnologica di Nanyang,Popolare,Riciclare la batteria,Batteria agli ioni di litio
A cura dell'UNIVERSITÀ TECNOLOGICA DI NANYANG 29 AGOSTO 2020



Un team di scienziati guidato da NTU ha sviluppato un nuovo metodo per utilizzare i rifiuti di scorze di frutta per estrarre e riutilizzare i metalli preziosi dalle batterie agli ioni di litio esaurite al fine di creare nuove batterie. Da sinistra a destra: Asst Prof Dalton Tay, Prof Madhavi Srinivasan. Credito: NTU Singapore

Scienziati guidati dalla Nanyang Technological University di Singapore (NTU Singapore) hanno sviluppato un nuovo metodo per utilizzare i rifiuti di bucce di frutta per estrarre e riutilizzare i metalli preziosi dalle batterie agli ioni di litio esaurite al fine di creare nuove batterie.

Il team ha dimostrato il proprio concetto utilizzando la buccia d'arancia, che ha recuperato in modo efficiente i metalli preziosi dai rifiuti delle batterie. Hanno quindi realizzato batterie funzionali da questi metalli recuperati, creando rifiuti minimi nel processo.

Gli scienziati affermano che il loro approccio waste-to-resource affronta sia lo spreco alimentare che quello elettronico, supportando lo sviluppo di un'economia circolare a rifiuti zero, in cui le risorse vengono utilizzate il più a lungo possibile. Si stima che ogni anno a livello globale vengano generati 1,3 miliardi di tonnellate di rifiuti alimentari e 50 milioni di tonnellate di rifiuti elettronici.

Le batterie esaurite sono trattate convenzionalmente con calore estremo (oltre 500°C) per fondere metalli preziosi, che emettono gas tossici pericolosi. Si stanno esplorando approcci alternativi che utilizzano soluzioni acide forti o soluzioni acide più deboli con perossido di idrogeno per estrarre i metalli, ma producono comunque inquinanti secondari che comportano rischi per la salute e la sicurezza, o si affidano al perossido di idrogeno che è pericoloso e instabile.



Il team ha dimostrato il proprio concetto utilizzando la buccia d'arancia, che ha recuperato in modo efficiente i metalli preziosi dai rifiuti delle batterie. Hanno quindi realizzato batterie funzionali da questi metalli recuperati, creando rifiuti non tossici minimi nel processo. Credito: NTU Singapore

Il professor Madhavi Srinivasan, condirettore del laboratorio NTU Singapore-CEA Alliance for Research in Circular Economy (NTU SCARCE), ha dichiarato: "Gli attuali processi di riciclaggio industriale dei rifiuti elettronici sono ad alta intensità energetica ed emettono inquinanti nocivi e rifiuti liquidi, indicando l'urgente necessità di metodi ecologici man mano che la quantità di rifiuti elettronici cresce. Il nostro team ha dimostrato che è possibile farlo con sostanze biodegradabili.

“Questi risultati si basano sul nostro corpus di lavoro esistente presso SCARCE nell'ambito dell'Energy Research Institute ([email protected]) di NTU. Il laboratorio SCARCE è stato creato per sviluppare modi più ecologici di riciclaggio dei rifiuti elettronici. Fa anche parte dell'iniziativa NTU Smart Campus, che mira a sviluppare soluzioni tecnologicamente avanzate per un futuro sostenibile.â€

L'assistente professore Dalton Tay della NTU School of Materials Science and Engineering and School of Biological Sciences ha dichiarato: "A Singapore, un paese con scarse risorse, questo processo di estrazione urbana per estrarre metalli preziosi da tutti i tipi di dispositivi elettronici scartati diventa molto importante. . Con questo metodo, affrontiamo non solo il problema dell'esaurimento delle risorse mantenendo il più possibile in uso questi metalli preziosi, ma anche il problema dei rifiuti elettronici e dell'accumulo di rifiuti alimentari, entrambi una crisi globale in crescita.

I risultati sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Environmental Science & Technology a luglio.

Un approccio a basso costo e sostenibile

Con gli approcci industriali al riciclaggio dei rifiuti delle batterie che generano inquinanti nocivi, l'idrometallurgia, che utilizza l'acqua come solvente per l'estrazione, viene sempre più esplorata come possibile alternativa. Questo processo prevede prima la frantumazione e la frantumazione delle batterie usate per formare un materiale frantumato chiamato massa nera. I ricercatori quindi estraggono metalli preziosi dalla massa nera dissolvendola in una miscela di acidi forti o acidi deboli più altre sostanze chimiche come il perossido di idrogeno sotto calore, prima di lasciare che i metalli precipitino.

Sebbene relativamente più rispettoso dell'ambiente rispetto ai metodi convenzionali, l'uso di sostanze chimiche così forti su scala industriale potrebbe generare una notevole quantità di inquinanti secondari, ponendo significativi rischi per la sicurezza e la salute, ha affermato il prof. Asst Tay.



Un approccio waste-to-resource al riciclaggio delle batterie. Credito: NTU Singapore

Il team di NTU ha scoperto che la combinazione di buccia d'arancia essiccata in forno e macinata in polvere e acido citrico, un acido organico debole presente negli agrumi, può raggiungere lo stesso obiettivo.
Negli esperimenti di laboratorio, il team ha scoperto che il loro approccio ha estratto con successo circa il 90% di cobalto, litio, nichel e manganese dalle batterie agli ioni di litio esaurite, un'efficacia paragonabile all'approccio che utilizza il perossido di idrogeno.

Asst Prof Tay ha spiegato: “La chiave sta nella cellulosa che si trova nella buccia d'arancia, che viene convertita in zuccheri sotto il calore durante il processo di estrazione. Questi zuccheri migliorano il recupero dei metalli dai rifiuti delle batterie. Anche gli antiossidanti presenti in natura presenti nella buccia d'arancia, come i flavonoidi e gli acidi fenolici, potrebbero aver contribuito a questo miglioramento”.

È importante sottolineare che i residui solidi generati da questo processo sono risultati non tossici, il che suggerisce che questo metodo è ecologico, ha aggiunto.

Dai materiali recuperati, hanno poi assemblato nuove batterie agli ioni di litio, che hanno mostrato una capacità di carica simile a quelle commerciali. Sono in corso ulteriori ricerche per ottimizzare le prestazioni del ciclo di carica-scarica di queste nuove batterie realizzate con materiali recuperati.
Ciò suggerisce che questa nuova tecnologia è "praticamente fattibile per il riciclaggio delle batterie agli ioni di litio esaurite in senso industriale", hanno affermato i ricercatori.

Il team sta ora cercando di migliorare ulteriormente le prestazioni delle proprie batterie generate dai rifiuti di batterie trattate. Stanno inoltre ottimizzando le condizioni per aumentare la produzione ed esplorando la possibilità di eliminare l'uso di acidi nel processo.

Il professor Madhavi, che proviene anche dalla School of Materials Science and Engineering e da [email protected] di NTU, ha dichiarato: "Questo approccio dal rifiuto alla risorsa potrebbe anche essere potenzialmente esteso ad altri tipi di rifiuti di frutta e verdura ricchi di cellulosa. , così come i tipi di batterie agli ioni di litio come litio ferro fosfato e litio nichel manganese cobalto ossido. Ciò aiuterebbe a fare grandi passi avanti verso la nuova economia circolare dei rifiuti elettronici e alimenterebbe le nostre vite in un modo più verde e più sostenibile.â€

Riferimento: "Riutilizzo dei rifiuti di buccia di frutta come riducente verde per il riciclaggio delle batterie agli ioni di litio esaurite" di Zhuoran Wu, Tanto Soh, Jun Jie Chan, Shize Meng, Daniel Meyer, Madhavi Srinivasan e Chor Yong Tay, 9 luglio 2020, Scienze e tecnologie ambientali.
DOI: 10.1021/acs.est.0c02873

La ricerca, che rientra nell'ambito di NTU SCARCE, è supportata dalla National Research Foundation, dal Ministero dello sviluppo nazionale e dall'Agenzia nazionale per l'ambiente nell'ambito dell'iniziativa di ricerca e sviluppo Closing the Waste Loop nell'ambito dell'Urban Solutions & Sustainabilityâ'Integration Fund.