The Role of UV-Vis and ICP-OES Spectroscopy in Lithium-Ion Battery Recycling Methods

Význam tématu

Rostoucí poptávka po lithium-iontových bateriích a jejich masové nasazení v elektrických vozidlech a stacionárních úložištích zvyšují tlak na udržitelné nakládání s vyřazenými články. Recyklace kritických kovů (Li, Co, Ni, Mn) nejen snižuje environmentální zátěž, ale zároveň zajišťuje stabilní dodávky cenných surovin.

Cíle a přehled studie

Tato studie hodnotí jednorázový hydrometalurgický proces založený na kontaktně-elektro-katalytické (CEC) technologii, která kombinuje předúpravu a vyluhování v jednom kroku. Klíčové je využití UV-Vis spektroskopie pro sledování radikálů a metal-iontů a ICP-OES pro přesnou kvantifikaci recyklovaných kovů a zbytkových nečistot.

Použitá metodika

• Příprava vzorku: fragmenty NCM katodových listů s malicovou (případně citricovou) kyselinou a recyklovatelným SiO₂ katalyzátorem.
• Ultrazvukem asistované vyluhování při frekvenci 40 kHz, výkonu 300 W a teplotě 80 ± 2 °C po dobu 6 hodin.
• Optimalizace parametrů: dávka katalyzátoru, koncentrace kyseliny, teplota, doba reakce a poměr pevná fáze/suspenze.

Použitá instrumentace

• UV-Vis spektrofotometr Agilent Cary 3500 Multicell Peltier se softwarem Cary UV Workstation.
• ICP-OES Agilent 730 a novější vertikální dual-view Agilent 5800.
• Ultrazvuková lázeň (40 kHz, 300 W).

Hlavní výsledky a diskuse

• Optimální podmínky (80 mg SiO₂, 1 M malicová kyselina, 80 °C, 6 h, 10 g/L) vedly k výtěžkům: Li 99,6 %, Ni 98,3 %, Co 99,4 %, Mn 97,4 %.
• UV-Vis identifikoval absorpční píky 390 nm (Ni²⁺), 508 nm (Co²⁺), 660 nm (Mn²⁺) a monitoroval tvorbu superoxidových a hydroxylových radikálů.
• ICP-OES potvrdilo čistotu regenerovaného NCM622 (molarita Li:Co:Ni:Mn = 10,1:2,1:6:2) a nízkou hladinu nečistot (Al, Ca, Mg, Na < 0,03 wt%).

Přínosy a praktické využití metody

• Jednoduchý jednokrokový proces spojuje předúpravu a vyluhování, což snižuje energetickou náročnost a čas.
• Ekologická alternativa k vícefázovým hydrometalurgickým a pyrometalurgickým postupům.
• Možnost recyklace SiO₂ katalyzátoru a kontinuální in-situ monitorování procesu.
• Vysoká kvalita a čistota obnovovaných materiálů vhodných pro výrobu nových baterií.

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozšíření metody na další druhy baterií, vývoj pokročilých katalyzátorů, integrace automatizovaných a in-situ analytických systémů, škálování procesu pro průmyslové aplikace a kombinace s dalšími spektroskopickými technikami pro komplexní kontrolu kvality.

Závěr

CEC-asistovaný jednorázový hydrometalurgický proces v kombinaci s UV-Vis spektroskopií a ICP-OES představuje udržitelnou, nákladově efektivní a vysoce výtěžnou cestu k recyklaci lithium-iontových baterií a uzavření materiálového cyklu.

Reference

1. Zhu A.; Bian X.; Han W.; Cao D.; Wen Y.; Zhu K.; Wang S. The Application of Deep Eutectic Solvents in Lithium-Ion Battery Recycling: A Comprehensive Review. Resources, Conservation and Recycling Advances 2023, 188, 106690.
2. Jin S.; Mu D.; Lu Z.; Li R.; Liu Z.; Wang Y.; Tian S.; Dai C. A Comprehensive Review on the Recycling of Spent Lithium-Ion Batteries: Urgent Status and Technology Advances. J. Clean. Prod. 2022, 340, 130535.
3. Li H.; et al. One-Step Green Hydrometallurgical Recycling of Spent Lithium-Ion Batteries’ Cathode. J. Haz. Mat. 2025, 484, 136769.
4. Li H.; Berbille A.; Zhao X.; et al. A Contact-Electro-Catalytic Cathode Recycling Method for Spent Lithium-Ion Batteries. Nat. Energy 2023, 8, 1137–1144.
5. Agilent Technologies. A Practical Guide to Elemental Analysis of Lithium-Ion Battery Materials Using ICP-OES. 2023, Publ. 5994-5489EN.