Spinnreaktor gewinnt Metalle aus verbrauchtem Li zurück

1. Juni 2023 | Von Gerald Ondrey

Das Recycling von Lithiumbatterien (LIBs) erfordert den umfassenden Einsatz der Hydrometallurgie, die mehrere Schritte von Extraktions-Stripping-Prozessen erfordert, die jeweils separate Reaktoren und unterschiedliche Parameter erfordern. Obwohl es Versuche gab, eine einstufige Eintopflösung durch Aufteilung des Reaktors mithilfe von Membranen zu entwickeln, scheiterten diese Bemühungen bei größeren Reaktoren, hauptsächlich aufgrund von Membranversagen, insbesondere bei starkem Rühren.

Um dieses Problem anzugehen, berichtete eine interdisziplinäre Forschungsgruppe unter der Leitung von Professor Bartosz A. Grzybowski am Zentrum für weiche und lebende Materie des Instituts für Grundlagenwissenschaften (IBS; Daejeon, Südkorea; www.ibs.re.kr), a neue Methode zum Recycling wertvoller Metalle wie Lithium, Nickel und Kobalt aus verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien. Grzybowskis Gruppe hat ihre rotierenden „konzentrischen Flüssigkeitsreaktoren“ eingesetzt, um den Extraktions-Stripping-Prozess für das LIB-Recycling zu vereinfachen. Die Studie wird in einer aktuellen Ausgabe von Advanced Materials beschrieben.

Der horizontal rotierende Reaktor (Diagramm), der von Co-Autor Olgierd Cybulski entworfen wurde, kann komplexe Metallmischungen verarbeiten, in denen wässriges Ausgangsmaterial, organisches Extraktionsmittel und wässrige Akzeptorphasen alle im selben rotierenden Gefäß vorhanden sind. Im Gegensatz zu den Eintopf-Ansätzen, die Membranen verwenden, kann dieser Reaktor kräftig gerührt und emulgiert werden, ohne dass es zu einer Koaleszenz wässriger Schichten kommt. Die Anordnung der „Feed“-Phasen mit höherem pH-Wert, des organischen Extraktionsmittels („Shuttle“) und der „Akzeptor“-Phasen mit niedrigerem pH-Wert wird aufrechterhalten, indem alle diese Flüssigkeiten so in ein rotierendes Gefäß gegeben werden, dass sie konzentrische Schichten bilden, die stabil genug sind, um eine effiziente Durchführung zu ermöglichen Grenzflächenvermischung, jedoch ohne Verschmelzung der wässrigen Schichten. „Die Technologie ist auch insofern zukunftsweisend, als sie, wie wir zeigen, auf verschiedene „Futter“-Metallzusammensetzungen und natürlich auch auf andere Metalle als die, die in Batterien verwendet werden, abgestimmt werden kann“, sagt Grzybowski.