Samochody elektryczne opierają się na akumulatorach litowo-jonowych, producenci pociągów wdrażają też takie rozwiązania dla odcinków na których nie ma trakcji elektrycznej. Powstaje jednak pytanie co później ze zużytymi ogniwami akumulatorowymi? Czy będą zaśmiecać naszą planetę? Według polskich badaczy, można dać im później drugie życie.
Tego typu baterie znajdziemy dzisiaj niemal na każdym kroku, nawet w smartphonie, z którego być może czytany jest teraz ten artykuł lub w laptopie.
Na łamach czasopisma „ChemElectroChem” ciekawą propozycję w tym zakresie przedstawili naukowcy z kilku polskich instytucji naukowych, z wiodącym udziałem Politechniki Bydgoskiej im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich (PBŚ), Instytutu Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauki, Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk w Warszawie oraz Politechniki Wrocławskiej.
Podstawą do prezentowanych badań był materiał węglowy otrzymany z elektrod wyjętych ze zużytych baterii litowo-jonowych (lithium-ion batteries, LIB). Elektrody te poddano procesowi kwaśnego ługowania w celu odzyskania wartościowych metali. W zależności od warunków eksperymentalnych, tak otrzymany materiał węglowy był mniej lub bardziej wytrawiony i po sproszkowaniu nadal zawierał niewielkie domieszki metali, w tym kobaltu – pierwiastka, którego związki są często stosowane w katalizie. Celem badań było więc zastosowanie materiałów ze zużytych baterii w procesach katalitycznych, zwłaszcza umożliwiających produkcję nadtlenku wodoru.
– Nadtlenek wodoru to jedna z podstawowych cząsteczek chemicznych, istotna w wielu gałęziach przemysłu. W procesie wytwarzania tej substancji na dużą skalę niezbędne są wysokie ciśnienia i temperatury, drogie katalizatory i szereg toksycznych elektrolitów. My zainteresowaliśmy się znacznie bardziej przyjazną dla środowiska metodą produkcji nadtlenku wodoru: elektrochemiczną z katalizatorami pochodzącymi właśnie ze zużytych baterii litowo-jonowych – mówi kierownik projektu dr inż. Magdalena Warczak (PBŚ), pierwsza autorka artykułu opisującego osiągnięcie – Dla potencjalnych przyszłych zastosowań kluczowy jest jednak fakt, że na podstawie danych zebranych w doświadczeniach z tak zwaną elektrodą wirującą udało się nam wyliczyć, ile elektronów bierze udział w reakcji redukcji jednej cząsteczki tlenu. Elektrochemiczna redukcja tlenu może bowiem przebiegać z udziałem czterech lub dwóch elektronów. W pierwszym przypadku produktem jest woda, za to w tym drugim będzie to pożądany przez nas nadtlenek wodoru. My redukcję dwuelektronową zaobserwowaliśmy na wszystkich badanych próbkach.
Nadtlenek wodoru w stężeniu 3% jest dystrybuowany w aptekach jako woda utleniona i stosowany w stanach zapalnych oraz do dezynfekcji ran, choć w tym ostatnim przypadku jego działanie jest kwestionowane. Roztwory o stężeniach do 15% to wybielacze używane w chemii gospodarczej oraz kosmetyce, w tym do rozjaśniania włosów. Z kolei roztwór o stężeniu ok. 30%, czyli perhydrol, odgrywa istotną rolę w przemysłach chemicznym (przy syntezie nadtlenków oraz jako utleniacz), celulozowo-papierniczym i tekstylnym (jako wybielacz), gumowym (jako surowiec), elektronicznym i metalowym (jako substancja trawiąca), a także spożywczym (jako preparat biobójczy).
Co ciekawe, nadtlenek wodoru może być utleniaczem paliw, w tym rakietowych. W tej ostatniej roli wystąpił już na początku lat 40. ubiegłego wieku, gdy użyto go w pierwszych rakietach zdolnych przekraczać umowną granicę kosmosu. Wtedy jego stężenia nie przekraczały jednak 80%, a ograniczenia technologiczne uniemożliwiały realizację długotrwałych misji. Tymczasem w wysokich stężeniach (98% i więcej) nadtlenek wodoru jest jednym z najbardziej ekologicznych materiałów pędnych. Po raz pierwszy do lotu w kosmos został użyty w takiej postaci kilka tygodni temu, w rakiecie suborbitalnej zbudowanej w Łukasiewicz – Instytucie Lotnictwa w Warszawie.
Do tych wniosków naukowcy doszli w ramach badań finansowanych z programu SONATA. Badania będą kontynuowane.
