Sustainable Lithium-Ion Battery Recycling: Recovery of Metals in Green Solvents by ICP-OES

Význam tématu

Rychlý nárůst využití lithium-iontových baterií v elektromobilech, přenosné elektronice a skladovacích systémech zvýšil potřebu udržitelných řešení recyklace. Nedostatek a kolísání cen klíčových kovů (Li, Co, Ni) může ohrozit výrobu nových baterií. Hluboké eutektické rozpouštědla (DES) představují zelenou alternativu k pyro- a hydrometalurgii, umožňují účinné loužení kovů z vyřazených článků a přispívají ke stabilnímu cirkulárnímu hospodářství.

Cíle a přehled studie

Cílem aplikace bylo ověřit schopnost Agilent 5800 VDV ICP-OES v kombinaci s DES (cholinchlorid:urea) rychle a přesně stanovit osm prvků (Al, Co, Cu, Fe, Li, Mn, Ni, P) ve vzorcích simulujících reálné výluhy z vyřazených baterií. Studie se zaměřila na metodu měření, opravu pozadí a odolnost přístroje v náročné TDS matrici.

Použitá metodika a instrumentace

• ICP-OES: Agilent 5800 Vertical Dual View s Vista Chip III detektorem pro široké lineární dynamické rozmezí.
• Vzorkovač a ventil: AVS 7-port switching valve a SPS 4 autosampler pro automatizaci a snížení spotřeby argonu.
• Tryska a komora: SeaSpray nebulizér, dvouprůchodová skleněná cyklonová komora, 1,8 mm inertní křemenná injektorová trubice.
• Softwarové nástroje: ICP Expert Pro s IntelliQuant Screening pro výběr interferenčních volných vlnových délek a nastavení kalibračního rozsahu, Fitted Background Correction (FBC) a FACT pro korekci pozadí a matricových interferencí.
• Příprava vzorků: DES (ChCl:urea, 1:2), 1:10 ředění 2% HNO₃, gravimetrická a gravimetrická příprava standardů a interní standard (Y, In, Te).

Hlavní výsledky a diskuse

• Kalibrační křivky pro všechny analyty vykázaly vynikající linearitu (R > 0,9999) v rozsahu 1–100 mg/L (některé prvky až 500 mg/L).
• Mezní hodnoty kvantifikace (LOQ) 0,007–0,049 mg/L, detekční limity (MDL) 0,002–0,015 mg/L v roztoku (po 10× ředění 0,02–0,15 mg/kg).
• Spike recovery testy s nízkými (0,2 mg/L) a vysokými koncentracemi (90–400 mg/L) potvrdily přesnost ±10 % u všech prvků.
• Dlouhodobá stabilita metody: 645 rozborů během 7 hodin (41 s/vzorek), %RSD ≤ 2,2 % a recovery QC vzorků v rámci ±10 %.
• Automatizace pomocí AVS zkrátila dobu analýzy z ~90 na 41 s na vzorek, snížila spotřebu argonu o více než 50 % a opotřebení komponent.

Přínosy a praktické využití metody

• Urychlené validní stanovení klíčových kovů v reálných a simulačních výluzích, vhodné pro rutinní laboratoře i výzkum.
• Nižší provozní náklady díky menší spotřebě argonu, menšímu opotřebení a rychlému vzorkování.
• Použití zelených rozpouštědel (DES) přispívá k ekologičtějším procesům recyklace a stabilizaci trhu s kritickými surovinami.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření metodiky na další typy DES a směsi složitějších výluhů z reálných vyřazených baterií.
• Integrace s on-line monitorovacími systémy pro kontinuální kontrolu průmyslových procesů.
• Další vylepšení softwarových korekcí pozadí a automatizace pomocí strojového učení pro rychlejší vývoj metod.
• Komplexní analýza doprovodných prvků a stopových kontaminantů v recyklačním toku.

Závěr

Agilent 5800 VDV ICP-OES s AVS 7 ventilovým systémem umožňuje rychlou, přesnou a stabilní analýzu kovů v komplexním DES prostředí. Metoda nabízí vynikající linearitu, nízké detekční limity, vysokou reprodukovatelnost a významné úspory času i provozních nákladů, což ji činí ideální pro podporu udržitelné recyklace lithium-iontových baterií.

Reference

1. Battery Market Size, Share & Trends Analysis Report… Grand View Research, 2024.
2. Jin S. a kol. J. Clean. Prod. 340 (2022) 130535.
3. Zhu A. a kol. Resour. Conserv. Recycl. Adv. 188 (2023) 106690.
4. Lu Q. a kol. ACS Sustain. Chem. Eng. 9(41) (2021) 13851–13861.
5. Agilent Practical Guide to Elemental Analysis… 5994-5489EN.
6. Agilent Innovative Freeform Optical Design… 5994-5891EN.
7. Agilent Reduce Costs and Boost Productivity… 5991-6863EN.
8. Agilent IntelliQuant Screening… 5994-1518EN.
9. Agilent IntelliQuant Software… 5994-1516EN.
10. Agilent Fitted Background Correction (FBC)… 5991-4836EN.
11. Agilent FACT Spectral Deconvolution… 5991-4837EN.