Co-upcycling van gebruikte lithium-ionbatterijen en kunststoffen tot microgolfabsorberende materialen met Ni-Co-katalysatorcontrole

Oude batterijen en plasticafval omzetten in nuttige schermen

Monumenten van versleten elektrische autobatterijen en plasticverpakkingen behoren tot de meest zorgwekkende afvalproblemen van vandaag. Deze studie laat zien hoe je beide tegelijk kunt aanpakken: door gebruikte lithium-ionbatterijen en gemengd plasticafval om te zetten in een nieuw materiaal dat ongewenste microgolven absorbeert. Dergelijke materialen zijn belangrijk om elektronische storing te verminderen en stealth-toepassingen te verbeteren; deze aanpak doet dat terwijl vervuiling wordt verminderd en waardevolle metalen worden teruggewonnen.

Waarom batterij- en plasticafval moeilijk te behandelen zijn

Lithium-ionbatterijen in elektrische voertuigen gaan meestal maar vijf tot acht jaar mee voordat ze moeten worden vervangen, waardoor grote hoeveelheden gebruikte batterijpakketten overblijven die kritische metalen zoals nikkel, kobalt, mangaan en lithium bevatten. Tegelijkertijd wordt jaarlijks meer dan 380 miljoen ton plastic geproduceerd, waarvan veel bestand is tegen afbraak en land en oceanen vervuilt. Traditionele manieren om met dit afval om te gaan — zoals het verbranden van plastics of het smelten van batterijen — verbruiken veel energie, stoten broeikasgassen en giftige dampen uit, en winnen vaak alleen grove metalen terug in plaats van hogere-waardeproducten te maken.

Afval samen ‘koken’ om kleine buisjes te maken

De onderzoekers ontwierpen een proces waarin versnipperd kathodemateriaal uit batterijen en gemengde plastics samen worden verhit in een gesloten stalen reactor. Een belangrijk ingrediënt is de veelgebruikte frisdrank- of drinkflesplastic polyethylene tereftalaat (PET), dat wordt gemengd met andere kunststoffen zoals polyethyleen en polypropyleen. Bij verhitting tot ongeveer 550 °C breken de plastics af tot gassen die zowel de metaaloxiden in het batterijmateriaal reduceren als koolstof leveren. Nikkel- en kobaltatomen klonteren samen tot zeer kleine deeltjes, terwijl lithium vertrekt als lithiumcarbonaat dat later met water kan worden uitgewassen.

Hoe PET het metaal werkend houdt

In veel plastic-naar-koolstofprocessen raken metaal-katalysatoren snel “verstikt” doordat dikke koolstoflagen hun oppervlak bedekken en verdere reacties stoppen. Hier verandert PET de gasmengeling zodat koolstof niet simpelweg ophoopt. De afbraak van PET produceert koolmonoxide en kooldioxide, die helpen ongeordende koolstof weg te strippen terwijl koolstofrijke gassen toch de groei van nette koolstofnanobuisjes voeden. Het gevormde lithiumcarbonaat werkt ook als een afstandhouder en voorkomt dat nikkel–kobaltdeeltjes groter worden dan ongeveer 100 nanometer. Deze afmetingscontrole houdt de metalen zeer actief en stuurt de groei van dichte “bossen” van nanobuisjes die verstrengeld zijn met kleine metaal- en mangaanoxide-deeltjes.

Van zwart poeder tot microgolfscherm

Na de eerste “co-pyrolyse”-stap wordt het vaste product kort opnieuw verhit tot ongeveer 800 °C in een inerte atmosfeer. Deze tweede behandeling reinigt het resterende pluizige koolstof en verbetert de ordening en elektrische geleiding van de nanobuisjes. Het eindmateriaal is een lichtgewicht composiet waarin metaal- en metaaloxide-deeltjes zijn ingebed in een geleidend web van multiwall-koolstofnanobuisjes. Getest over veelgebruikte radar- en communicatiefrequenties toont dit poeder — gemengd in een eenvoudige binder — sterke microgolfabsorptie. Bij een coatingdikte van ongeveer 2,4 millimeter kan het meer dan 90% van inkomende golven absorberen over een bandbreedte van 7 gigahertz, en de maximale absorptiedieptes zijn zelfs nog groter.

Milieu- en economische voordelen

Buiten de laboratoriumprestaties evalueerde het team hoe deze upcycling-route zich verhoudt tot drie belangrijke industriële recyclingmethoden: hoogtemperatuursmelten, chemisch uitlogen en directe regeneratie van kathodes. Met levenscyclusanalyse en een batterijrecyclingmodel vonden ze dat de co-pyrolyse-benadering minder energie en water verbruikt en veel minder broeikasgasemissies produceert per kilogram verwerkt afval. Het vermijdt ook sterke minerale zuren en wint lithium als lithiumcarbonaat terug via eenvoudige wateruitloging. Omdat het eindproduct een hoogwaardig microgolfabsorberend materiaal is, kan het proces in hun model aanzienlijk hogere winst genereren dan conventionele recyclingroutes.

Wat dit betekent voor het dagelijks leven

In eenvoudige bewoordingen laat de studie zien dat de batterijen van gisteren en wegwerpplastic van vandaag de hoogwaardige schermen van morgen kunnen worden voor het beheersen van elektromagnetische golven. Door slim te controleren hoe plastics uiteen vallen en hoe metaaldeeltjes zich gedragen tijdens verhitting, veranderen de onderzoekers gemengd afval in een fijn zwart poeder dat zowel kritische metalen terugwint als dienstdoet als een sterke microgolfabsorbeerder. Dit biedt een praktische route om afval te verminderen, de klimaatimpact te verkleinen en geavanceerde materialen te maken van bronnen die anders zouden worden weggegooid.

Bronvermelding: Qiu, B., Hou, Y., Shi, Z. et al. Co-upcycling spent lithium-ion batteries and plastics into microwave absorbing materials with Ni-Co catalyst control. Nat Commun 17, 2822 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69501-1

Trefwoorden: recycling van lithium-ionbatterijen, upcycling van kunststofafval, koolstofnanobuisjes, microgolfabsorberende materialen, cirkulaire economie