Günümüzde arabalar da dahil olmak üzere her şeyi şarj edilebilir şekilde satın almamız sayesinde, tüketici teknolojimizin çoğuna güç veren lityum-iyon pillere olan talep hızla artıyor. Şu anda yaklaşık 65 milyar dolar değerinde olan lityum-iyon pil pazarının önümüzdeki sekiz yıl içinde %23 oranında büyümesi bekleniyor.
Çok fazla enerji depolayabilen nispeten hafif bir malzeme olarak lityumun değeri açıktır. Ancak bu elementin madenciliği çevreye zarar verebiliyor ve bol bulunduğu bazı bölgelerdeki jeopolitik kaygılar tedarik zincirlerini tehdit edebiliyor. Ayrıca, mevcut lityum madenlerinin 2030 yılına kadar talebi karşılamak için gereken miktarın yalnızca yarısını üretebileceğine dair tahminler olduğunu daha önce bildirmiştik.
Bu faktörler göz önünde bulundurulduğunda, lityum içermeyen pil teknolojileri üretmenin yollarını bulmak, lityumu çıkarmak için yeni yöntemler ve kaynaklar aramak ya da kullanılmış pillerde depolanan lityumu geri dönüştürmenin yollarını bulmak önemlidir. Ancak lityumun geri dönüştürülmesi zaman alıcı olabilir, sert kimyasallar kullanılabilir ve başlangıçta kullanılan elementin toplam miktarının %5'inden daha azının geri kazanılmasına yol açabilir.
Çözüm
Bu yüzden Rice Üniversitesi'ndeki araştırmacılar daha iyi bir çözüm buldular. Lityum ve diğer metalleri bir çözeltiden çökeltebilen çevre dostu sıvılar olan derin ötektik çözücüler (DES) olarak bilinen kimyasalları kullanarak işe başladılar.
Çalışmanın başyazarlarından Rice doktora mezunu Salma Alhashim, "Lityum genellikle diğer tüm metallerden sonra en son çökeltildiği için geri kazanım oranı çok düşük, bu nedenle amacımız özellikle lityumu nasıl hedefleyebileceğimizi bulmaktı" dedi. "Burada kolin klorür ve etilen glikol karışımı olan bir DES kullandık, önceki çalışmalarımızdan bu DES'te liç sırasında lityumun kolin klorürden gelen klorür iyonları tarafından çevrelendiğini ve çözeltiye liç edildiğini biliyorduk."
Normalde metalleri çökelmeye zorlamak için bir bileşiğin ısıtılması gerekir ve lityum içeren bileşikler söz konusu olduğunda, bir yağ banyosu genellikle bu ısı kaynağını sağlar. Ancak bu süreç oldukça zaman alıyor ve bu sırada lityumun kendisi de bozulmaya başlayabiliyor.
Rice ekibi, lityumun izolasyonuna yol açan kolin klorürün mikrodalga radyasyonunu absorbe etmede çok iyi olduğunu bildiğinden, işleri hızlandırmak için mikrodalgaları denemeye karar verdi.
15 Dakikalık Kilometre Taşı
Hız artışı etkileyiciydi. Araştırmacılar lityumu yağ banyosundan neredeyse 100 kat daha hızlı çökeltmeyi başardılar. Aslında, yağ banyosu kullanarak 12 saat sürecek bir işlem olan lityumun %87'sini geri almaları sadece 15 dakika sürdü.
Araştırmanın diğer başyazarlarından biri ve Nanomalzemeler Laboratuvarı'nda doktora sonrası araştırmacı olan Sohini Bhattacharyya, "Bu sayede lityumu diğer metallere göre seçici bir şekilde süzebildik" dedi. "Bu işlem için mikrodalga radyasyonu kullanmak, bir mutfak mikrodalgasının yiyecekleri hızlı bir şekilde ısıtmasına benzer. Enerji doğrudan moleküllere aktarılıyor ve bu da reaksiyonun geleneksel ısıtma yöntemlerinden çok daha hızlı gerçekleşmesini sağlıyor."
Araştırmacılar, yöntemin DES bileşimini ayarlayarak diğer elementleri de hedefleyecek şekilde uyarlanabileceğini, dolayısıyla pillerden kobalt veya nikel gibi diğer metalleri geri kazanma yeteneğine sahip olabileceğini söylüyor. Ekip ayrıca yaklaşımının çevre dostu faydalarının da altını çiziyor.
Bu yöntem yalnızca geri kazanım oranını artırmakla kalmıyor, aynı zamanda çevresel etkiyi de en aza indiriyor, bu da onu seçici metal geri kazanımı için DES tabanlı geri dönüşüm sistemlerinin geniş ölçekte kullanılmasına yönelik umut verici bir adım haline getiriyor.
Çalışma Advanced Functional Materials dergisinde yayımlandı.