سنتز اسپينل LiMn2O4‌ با مواد حاصل از بازگرداني باتري هاي مستعمل

كارشناسي ارشد

امروزه باتري¬هاي ليتيوم-يون به دليل ويژگي¬هاي منحصر به فردشان مورد توجه صنايع مختلف قرار گرفته است و اين افزايش در توليد سبب افزايش اهميت موضوع بازيابي آن¬ها شده است. به دليل الزامات زيست‌محيطي و كمبود منابع تجديد ناپذير، بازگرداني پسماندها مورد توجه جدي جوامع امروزي است. از جمله اين پسماندها انواع باتري‌ها هستند كه منبع ثانويه مناسبي براي فلزات محتوي محسوب مي¬شوند. در اين پژوهش بازگرداني باتري¬هاي مستعمل روي-كربن و ليتيوم-يون (نوع LiNixMnyCozO2) به ترتيب براي بازيابي منگنز و ليتيوم و در نهايت سنتز ماده¬ي كاتدي LiMn2O4 از اين باتري¬ها مورد بررسي قرار گرفت. در مورد باتري روي-كربن ابتدا اجزاي با ارزش باتري شامل آند، كاتد و الكتروليت با هدف حذف الكتروليت (كلريد روي) تحت فروشويي خنثي قرار گرفت. سپس، فروشويي كلي با اسيد سولفوريك 2 مولار در حضور عوامل احيايي (اگزاليك اسيد و گلوكز) در دماي C° 70 به مدت 120 دقيقه انجام گرفت. در نهايت، از محلول حاصل از فروشويي اسيدي، منگنز به كمك عامل رسوب‌دهنده به صورت ذرات كروي MnO2 با ساختار آمورف و اندازه زير ميكرون استحصال شد. در مورد باتري ليتيوم-يون پس از دشارژ و دمونتاژ باتري، آلومينيوم با استفاده از محلول سديم هيدروكسيد 5/2 مولار، تحت شرايط دماي محيط و زمان دو ساعت به طور انتخابي از كاتد خارج شد. در مرحله بعد ليتيوم موجود در پسماند مرحله آلومينيوم زدايي، از طريق فروشويي انتخابي در محلول اگزاليك اسيد در دماي 70 درجه سانتي¬گراد و زمان 2 ساعت ازساير عناصر موجود جدا گرديد و با حرارت¬دهي و تبلور به صورت اگزالات تك آبه (C2HLiO4.H2O) استحصال شد. در نهايت از مواد حاصل از بازگرداني باتري¬هاي مستعمل جهت سنتز كاتد اسپينلي LiMn2O4 بهره برده شد و تاثير پارامترهاي مواد اوليه حاصل از بازيابي باتري¬هاي مستعمل (MnO2، Mn2O3، Li2CO3 و C2HLiO4.H2O)، دماي سنتز (850-500 درجه سانتي¬گراد)، زمان سنتز (10-6 ساعت) و فعال¬سازي مكانيكي مورد بررسي قرار گرفت و همچنين پارامترهايي جهت پيش¬بيني عملكرد الكتروشيميايي كاتد سنتز شده با الگوهاي پراش اشعه ايكس تعريف شد. طبق نتايج حاصل شده، عملكرد الكتروشيميايي كاتد اسپينلي سنتز شده در دماي 850 درجه سانتي¬گراد در زمان 10 ساعت درميان ساير نمونه¬ها به عنوان بهترين نمونه پيش بيني شد. جهت بررسي عملكرد الكتروشيميايي كاتد سنتز شده و تاييد پيش¬بيني¬هاي صورت گرفته از آزمون شارژ/دشارژ باتري در محدوده¬ي 3/4-5/2 ولت استفاده شد كه ظرفيت ويژه¬ي اوليه¬ي mAh/g 3/118 براي بهترين نمونه¬ي پيش بيني شده بدست آمد.

190549

دانشگاه علم و صنعت ايران

استخراج فلزات

دكتر عليرضا ذاكري - دكتر ماندانا عادلي