Elektrikli arabaların, telefonlarımızın ve bir çok şarjlı aletin temeli olan lityum metali sonsuz bir kaynak değildir. Lityumu geri kazanmak üzerine yapılan teknolojilerde kurşun ve ağır kimyasallar kullanılsa da ancak %5 verimle geri kazanım sağlanıyordu. Yeni geliştirilen teknoloji sayesinde, mikrodalgayla sadece 15 dakikada % 87 ‘ye kadar verimle lityum geri kazanımı sağlandı.
Modern dünyada nerdeyse her şey şarjlı olduğundan, lityum iyon batarya pazarı gittikçe büyüdü. Bugün lityum iyon batarya pazarının 65 milyar dolara yaklaştığı ve önümüzdeki 8 yıl içinde % 23 daha büyümesi bekleniyor.
Lityumun enerji depolama kabiliyeti yüksek olsa da lityum madenciliği doğada yıkıcı etkiler bırakıyor. Ayrıca 2030’a kadar lityum madenlerinin talebin ancak yarısını karşılayabileceği tahmin ediliyor.
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.
Mikrodalga Fırın İşleri Hızlandırdı
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 ayrıştırabileceğimiz bulmaktı. 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 sızarak ayrıştığını(liç) biliyorduk,”diyor
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 lityum bileşikleri 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.
Lityum Geri Kazanımı 12 Saatten, 15 Dakikaya Düştü
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, lityumu diğer metallere göre seçici bir şekilde süzmemizi sağladı. İşlem 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.
Çalışmanın sorumlu yazarı ve malzeme bilimi ve nano mühendislik bölüm başkanı Pulickel Ajayan, “Bu yöntem yalnızca geri kazanım miktarını 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” dedi.
Bu araştırma sayesinde düşük olan lityum geri kazanım oranı arttırılarak, tekrardan lityum batarya üretmede kullanılabilir.
Çalışma Advanced Functional Materials dergisinde yayımlandı.
