Selectieve extractie van lithium uit zure chloride‑leachaten van versleten batterijen

Waarom oude batterijen nog steeds belangrijk zijn

Lithium‑ionbatterijen voeden onze telefoons, laptops en elektrische auto’s, maar het lithium daarin is moeilijk terug te winnen zodra de batterijen het einde van hun levensduur bereiken. Tegenwoordig gaat veel van dat lithium verloren of wordt het pas na vele kostbare stappen teruggewonnen. Deze studie onderzoekt een eenvoudigere manier om lithium vroegtijdig uit de zure vloeistof te halen die ontstaat wanneer vermaalde batterijen chemisch worden opgelost, met het doel energie, chemicaliën en waardevolle metalen te besparen.

Van versnipperde cellen naar bruikbare vloeistof

Moderne batterijrecycling begint vaak met de zogenaamde “black mass”, een donker poeder dat ontstaat door versleten cellen te versnipperen. Dit poeder bevat veel lithium, maar ook nikkel, kobalt, mangaan en andere metalen. Een veelgebruikte methode is het oplossen van black mass in zoutzuur, waardoor een zoute vloeistof ontstaat die vrijwel alle metalen tegelijk bevat. Het probleem is dat bestaande terugwinningsmethoden meestal eerst op de duurdere metalen focussen, waardoor lithium aan het eind overblijft, verdund raakt, deels verloren gaat en met veel onzuiverheden is vermengd. Lithium eerder terugwinnen uit diezelfde zure oplossing zou efficiënter zijn, maar daarvoor is een materiaal nodig dat lithium selectief kan binden zonder andere metalen mee te nemen.

Een op maat gemaakte vloeistof die lithium prefereert

De onderzoekers ontwierpen een speciale organische vloeistof die op moleculair niveau als een filter werkt. Deze combineert drie bestanddelen: ijzerionen, een veelgebruikt industrieel oplosmiddel genaamd tributylfosfaat, en een zure helpermolecule bekend als P507. Wanneer deze organische fase wordt gemengd met het zure batterijkooksels, bewegen lithiumionen veel makkelijker naar de organische vloeistof dan nikkel, kobalt of mangaan. Het team stemde de verhouding tussen P507 en ijzer zorgvuldig af zodat de vloeistof zowel lithium uit het leachaat kan opnemen als het later weer kan afgeven in schoon water, terwijl het ijzer in de organische fase blijft gebonden voor hergebruik.

Stap voor stap: van gemengde soep naar schoon lithium

Er werden twee licht verschillende procesopstellingen getest. In de eerste werd de organische vloeistof direct uit het batterijkooksels met lithium geladen, waarna P507 werd toegevoegd om het systeem te stabiliseren. In de tweede werd eerst ijzer in de organische fase voorbeladen met een eenvoudige voorraadoplossing, en pas daarna werd deze vloeistof in contact gebracht met het echte leachaat. Beide routes werden gevolgd door drie belangrijke stappen: wassen om spoorsubstanties weg te vegen, strippen om lithium uit de organische vloeistof naar water over te brengen, en regeneratie om de organische fase voor een nieuwe cyclus klaar te maken. Met een geschikte mengverhouding tussen organische en waterige fasen en een P507‑tot‑ijzerverhouding van ongeveer 1,5 tot 1,7, onttrok het proces meer dan 90 procent van het lithium over meerdere contactstadia terwijl nikkel en kobalt vrijwel volledig in de oorspronkelijke oplossing achterbleven.

Het systeem stabiel en herbruikbaar houden

Het team gebruikte infrarood‑ en ultraviolet‑zichtbare spectroscopie om te bevestigen hoe ijzer en de organische moleculen in het vloeibare filter met elkaar interageren. Deze tests lieten zien dat het ijzer gebonden blijft in een vorm die in de organische fase achterblijft, zelfs wanneer het chloridegehalte tijdens het waterstrippen daalt. Daardoor kan hetzelfde solvent voor meerdere cycli worden hergebruikt zonder noemenswaardig verlies van ijzer of extractieprestaties. Over zes herhaalde runs bleef de lithiumextractie per enkele fase rond de 65 procent, en de uiteindelijke lithiumrijke waterstroom bevatte 11 tot 14 gram lithium per liter terwijl nikkel en kobalt onder de detectiegrens lagen en mangaan vrijwel afwezig was.

Wat dit betekent voor schonere batterijrecycling

Voor niet‑specialisten is de belangrijkste uitkomst dat lithium vroegtijdig uit een agressieve, zoute batterijkooksels kan worden gehaald met een recyclebaar vloeibaar filter en alleen water voor de uiteindelijke terugwinningsstap. Dit voorkomt het verhitten van de black mass tot hoge temperaturen, vermindert het gebruik van extra zuren en basen, en voorkomt de introductie van extra verontreinigende metalen. In een industrieel recyclingsysteem kan het gezuiverde leachaat daarna met bestaande methoden worden behandeld om nikkel, kobalt en mangaan terug te winnen, terwijl de lithiumrijke waterstroom kan worden omgezet in batterijkwaliteits lithiumzouten. Samen bieden deze stappen een efficiëntere en potentieel duurzamere manier om de kringloop van lithium in oplaadbare batterijen te sluiten.

Bronvermelding: Saleem, U., Buvik, V., Bandyopadhyay, S. et al. Selective extraction of lithium from acidic chloride leachates of spent batteries. Sci Rep 16, 14984 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43332-y

Trefwoorden: lithium recycling, batterijleachaat, solventextractie, black mass, hydrometallurgie