Nieuws

Citroenzuur knapt accu op

Arjen Dijkgraaf | dinsdag 17 november 2020

Met citroenzuur en water kun je kathodes van Li-ionaccu’s milieuvriendelijk recyclen. Met geweld opsplitsen in afzonderlijke elementen hoeft niet meer, claimen Zheng Chen en zijn groep aan de University of California - San Diego.

Hun recept in het tijdschrift Joule betreft specifiek accu’s met kathodes van lithiumijzerfosfaat. Dit accu-ontwerp uit het lab van Nobelprijswinnaar John Goodenough kun je uitvoeren zonder schaarse metalen zoals kobalt en nikkel, terwijl er per kilogram maar een beetje minder energie in past. Tot voor kort bleef het gebruik beperkt tot nichemarkten, maar een doorbraak lijkt nabij nu de Tesla-fabriek in Shanghai ze inbouwt in bepaalde modellen van de Tesla 3. Officieel zijn die bedoeld voor de Chinese markt maar het lijkt er op dat ze ook in Nederland gaan opduiken.

Dat LiFePO4 zit als kristallijn poeder in de kathodes. Volgens Chen gaat het bij gebruik op twee manieren achteruit. Om te beginnen verdwijnen Li+-ionen uit het kristalrooster. Tegelijk wordt Fe2+ geoxideerd tot Fe3+ dat binnen het kristal migreert naar de lege Li-plekken en daar klem komt te zitten. Dat beperkt dan weer de resterende Li+-ionen in hun bewegingsvrijheid.

In zijn recyclingrecept dient de citroenzuuroplossing dan ook om Fe3+ weer tot Fe2+ te reduceren. Met een lithiumzout (om precies te zijn LiOH) vult hij vervolgens de Li+-voorraad aan. Tot slot droogt hij het poeder en geeft het een korte warmtebehandeling bij 60 tot 80 °C. Daarna zijn de kristallen weer als nieuw, en klaar om te worden verwerkt tot nieuwe kathodes die het in testaccu’s niet slechter doen dan exemplaren met maagdelijk LiFePO4.

De auteurs beloven een 80 tot 90 % lager energieverbruik en een 75 % lagere uitstoot van broeikasgassen, vergeleken met traditionele recyclingprocessen die kathodes ontleden in afzonderlijke elementen waarvan je dan weer nieuwe kristallen moet maken. Een filmpje legt uit dat dat kan op twee nogal milieu-onvriendelijke manieren: of bij zeer hoge temperatuur, of met sterke zuren. Zhang pleit daarom al langer voor wat hij ‛relithiëren’ noemt. Begin deze maand presenteerde hij ook al een recept voor het regenereren van lithiummangaanoxidekathodes, en begin 2018 kwam hij al met een variant voor traditionele kathodes van lithiumkobaltoxide. Daarbij is citroenzuur uiteraard overbodig: er valt niets te reduceren.

De grootste uitdaging zit volgens hem in de logistiek. Je moet de gebruikte accu’s van al die Tesla’s immers nog wel inzamelen en demonteren om het kathodemateriaal er uit te kunnen halen.

Xu, P. et al. (2020) Joule

KVCV

Lid worden van de KVCV? Ontdek de voordelen!

Logo KVCV

KVCV Facebook

De KVCV is ook op Facebook te vinden:

facebook

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je aan voor de nieuwsbrief en blijf op de hoogte van het laatste nieuws van Mens & Molecule.

Meld je nu aan!