"मिश्रित सोना"स्वच्छ ऊर्जा में, लिथियम बड़ी और छोटी बैटरियों में एक प्रमुख घटक है, फोन और लैपटॉप से ​​लेकर ग्रिड-स्केल ऊर्जा भंडारण प्रणालियों तक।

हालांकि अपेक्षाकृत प्रचुर मात्रा में, इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी) बूम, नेट-शून्य लक्ष्यों और भू-राजनीतिक कारकों से प्रभावित जटिल सोर्सिंग परिदृश्य के कारण चांदी-सफेद धातु जल्द ही कम आपूर्ति में हो सकती है।2023 में इसका मूल्य $65 बिलियन से अधिक थालिथियम-आयन बैटरी(एलआईबी)वैश्विक बाजारअगले आठ वर्षों में 23% से अधिक की वृद्धि होने की उम्मीद है, जिससे लिथियम आपूर्ति में मौजूदा चुनौतियाँ बढ़ने की संभावना है।

इसके अलावा, खर्च की गई बैटरियों से लिथियम पुनर्प्राप्त करना पर्यावरण की दृष्टि से कठिन और अत्यधिक अप्रभावी है - पुलिकेल अजयन के नेतृत्व में राइस यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम इसे बदलने के लिए काम कर रही है।

उनके मेंनवीनतम अध्ययनमें प्रकाशितउन्नत कार्यात्मक सामग्रीशोधकर्ताओं ने चयनात्मक लिथियम पुनर्प्राप्ति के लिए एक तेज़, कुशल और पर्यावरण के अनुकूल विधि का वर्णन किया हैमाइक्रोवेव विकिरणऔर एक आसानी से बायोडिग्रेडेबल विलायक।निष्कर्षों से पता चलता है कि नई प्रक्रिया कम से कम 30 सेकंड में खर्च किए गए एलआईबी कैथोड में 50% लिथियम को पुनः प्राप्त कर सकती है, जो एलआईबी रीसाइक्लिंग तकनीक में एक महत्वपूर्ण बाधा पर काबू पा सकती है।

दो प्रमुख लेखकों में से एक सोहिनी भट्टाचार्य ने कहा, "हमने हाल के वर्षों में एलआईबी के उपयोग में भारी वृद्धि देखी है, जो कैथोड में उपयोग की जाने वाली लिथियम, कोबाल्ट और निकल जैसी महत्वपूर्ण धातुओं की उपलब्धता के बारे में अनिवार्य रूप से चिंता पैदा करती है।"अध्ययन पर और अजयन द्वारा संचालित नैनोमटेरियल्स प्रयोगशाला में राइस अकादमी पोस्टडॉक्टरल फेलो।"इसलिए इन धातुओं को पुनर्प्राप्त करने के लिए खर्च किए गए एलआईबी को रीसायकल करना वास्तव में महत्वपूर्ण है।"

पारंपरिक पुनर्चक्रण विधियों में अक्सर कठोर एसिड शामिल होते हैं, जबकि वैकल्पिक पर्यावरण-अनुकूल सॉल्वैंट्स जैसे डीप यूटेक्टिक सॉल्वैंट्स (डीईएस) दक्षता और आर्थिक व्यवहार्यता के साथ संघर्ष कर रहे हैं।इसके अलावा, वर्तमान पुनर्चक्रण विधियां 5% से भी कम लिथियम पुनर्प्राप्त करती हैं, जिसका मुख्य कारण प्रक्रिया के दौरान संदूषण और हानि के साथ-साथ पुनर्प्राप्ति की ऊर्जा गहन प्रकृति है।

"रिकवरी दर इतनी कम है क्योंकि लिथियम आमतौर पर अन्य सभी धातुओं के बाद अवक्षेपित होता है, इसलिए हमारा लक्ष्य यह पता लगाना था कि हम लिथियम को विशेष रूप से कैसे लक्षित कर सकते हैं," राइस डॉक्टरेट की पूर्व छात्रा सलमा अलहाशिम, जो अध्ययन की अन्य प्रमुख लेखिका हैं, ने कहा।

"यहां हमने एक डीईएस का उपयोग किया है जो कोलीन क्लोराइड और एथिलीन ग्लाइकॉल का मिश्रण है, हमारे पिछले काम से यह जानते हुए कि इस डीईएस में लीचिंग के दौरान, लिथियम चारों ओर से घिर जाता हैक्लोराइड आयनकोलीन क्लोराइड से और घोल में निक्षालित किया जाता है।"

कोबाल्ट या निकल जैसी अन्य धातुओं का निक्षालन करने के लिए, कोलीन क्लोराइड और दोनोंइथाइलीन ग्लाइकॉलप्रक्रिया में शामिल होना होगा.यह जानते हुए कि दोनों पदार्थों में से केवल कोलीन क्लोराइड ही माइक्रोवेव को अवशोषित करने में अच्छा है, शोधकर्ताओं ने बैटरी के अपशिष्ट पदार्थ को विलायक में डुबोया और माइक्रोवेव विकिरण के साथ इसे नष्ट कर दिया।

भट्टाचार्य ने कहा, "इससे हमें अन्य धातुओं की तुलना में लिथियम का चयनात्मक रूप से उपयोग करने की अनुमति मिली।""इस प्रक्रिया के लिए माइक्रोवेव विकिरण का उपयोग करना उसी तरह है जैसे कि रसोई का माइक्रोवेव भोजन को जल्दी गर्म करता है। ऊर्जा सीधे अणुओं में स्थानांतरित हो जाती है, जिससे प्रतिक्रिया पारंपरिक हीटिंग विधियों की तुलना में बहुत तेज हो जाती है।"

तेल स्नान जैसी पारंपरिक हीटिंग विधियों की तुलना में, माइक्रोवेव-सहायता हीटिंग लगभग 100 गुना तेजी से समान क्षमता प्राप्त कर सकता है।उदाहरण के लिए, माइक्रोवेव-आधारित प्रक्रिया का उपयोग करते हुए, टीम ने पाया कि 87% लिथियम को बाहर निकालने में 15 मिनट लगे, जबकि तेल स्नान हीटिंग के माध्यम से समान पुनर्प्राप्ति दर प्राप्त करने के लिए आवश्यक 12 घंटे लगे।

अलहाशिम ने कहा, "इससे यह भी पता चलता है कि डीईएस संरचना को ट्यून करके विशिष्ट तत्वों के प्रति चयनात्मकता प्राप्त की जा सकती है।""एक अन्य लाभ विलायक स्थिरता है: क्योंकि तेल स्नान विधि में बहुत अधिक समय लगता है, विलायक विघटित होना शुरू हो जाता है, जबकि माइक्रोवेव के छोटे ताप चक्र के साथ ऐसा नहीं होता है।"

यह निर्णायक पद्धति नाटकीय रूप से आर्थिक सुधार कर सकती हैपर्यावरणीय प्रभावएलआईबी पुनर्चक्रण, बढ़ते वैश्विक मुद्दे का एक स्थायी समाधान प्रदान करता है।

"यह विधि न केवल पुनर्प्राप्ति दर को बढ़ाती है, बल्कि पर्यावरणीय प्रभाव को भी कम करती है, जो इसे चयनात्मक धातु पुनर्प्राप्ति के लिए बड़े पैमाने पर डीईएस-आधारित रीसाइक्लिंग सिस्टम को तैनात करने की दिशा में एक आशाजनक कदम बनाती है," अध्ययन के संबंधित लेखक अजयन और राइस के बेंजामिन एम ने कहा।और मैरी ग्रीनवुड एंडरसन इंजीनियरिंग के प्रोफेसर और सामग्री विज्ञान और नैनोइंजीनियरिंग के प्रोफेसर और विभाग अध्यक्ष।