Akuista irrotettuja elektrodeja. Elektrodien aktiivinen materiaali on ohuena kerroksena esimerkiksi alumiinista tai kuparista valmistetun kalvon päällä. (Kuva: Aalto-yliopisto)
Aalto-yliopiston tutkijat osoittivat, että älypuhelimen akun elektrodit ovat uusiokäytössä lähes uutta vastaavia. Seuraavaksi tutkitaan sähköautojen akkujen osien kierrätettävyyttä.
Sähköautojen, älypuhelinten ja kannettavien laitteiden yleistyminen lisää akkujen valmistusta arviolta 25 prosenttia vuosittain. Monista akuissa käytetyistä raaka-aineista, kuten koboltista, on tulevaisuudessa pulaa. EU-komissio valmisteleekin uutta akkuasetusta, jonka mukaan akkujen koboltista täytyisi kierrättää 95 prosenttia vuoteen 2030 mennessä.
Nyt Aalto-yliopiston tutkijat ovat keksineet, että litiumioniakkujen kobolttia sisältävät elektrodit voidaan käyttää sellaisinaan uudelleen, kun ne kyllästetään uudelleen litiumilla. Näin säästetään kallisarvoisia raaka-aineita ja todennäköisesti myös energiaa verrattuna perinteiseen kierrätykseen, jossa murskatuista akuista erotellaan metallit sulatuksella tai liuotuksella.
- Olemme tutkineet aiemmin litiumkobolttioksidiakkujen ikääntymistä ja huomanneet, että yksi keskeisiä syitä akun toiminnan heikkenemiseen on litiumin kuluminen elektrodin materiaalista. Rakenteet voivat kuitenkin säilyä suhteellisen ennallaan, joten halusimme selvittää, voiko ne hyödyntää uudelleen, sanoo Aalto-yliopiston professori Tanja Kallio.
Lähes uuden veroinen
Litiumioniakkuja käytetään esimerkiksi puhelimissa ja kodinelektroniikassa. Akuissa on kaksi elektrodia, joiden välillä sähköisesti varautuneet hiukkaset liikkuvat. Litiumkobolttioksidia käytetään toisessa elektrodeista, ja toinen elektrodi koostuu valtaosassa akuista hiilestä ja kuparista.
Perinteisissä kierrätysmenetelmissä akkujen raaka-aineita häviää jonkin verran. Niissä litiumkobolttioksidi myös muuttuu muiksi kobolttiyhdisteiksi, jotka vaativat työlään kemiallisen jalostusprosessin takaisin elektrodimateriaaliksi. Uudessa menetelmässä kobolttiyhdiste voidaan hyödyntää suoraan oikeassa muodossaan, kun pois kulunut litium palautetaan elektrodiin teollisuudessa yleisesti käytetyn elektrolyysiprosessin avulla.
Tutkimus osoitti, että uudelleen litiumilla kyllästetyn elektrodin suorituskyky oli lähes yhtä hyvä kuin uudesta materiaalista valmistetun. Kallio uskoo, että jatkokehityksen myötä menetelmä sopii myös teolliseen mittakaavaan.
- Kun akkujen rakenteet voidaan käyttää uudelleen, kierrätyksessä säästyy monia työläitä vaiheita ja energiaa. Uskomme, että menetelmä kiinnostaa teollista kierrätystä kehittäviä yrityksiä, Kallio sanoo.
Seuraavaksi tutkijoiden tavoitteena on selvittää, voisiko samaa menetelmää käyttää myös nikkelipitoisiin sähköautojen akkuihin.
Tutkimus on julkaistu ChemSusChem-lehdessä.
Tutkimusartikkeli: Lahtinen, K., Rautama, E., Jiang, H., Räsänen, S. and Kallio, T. (2021), The reuse of LiCoO2 electrodes collected from spent Li‐ion batteries after the electrochemical re‐lithiation of the electrode. ChemSusChem
