Samarbetsupcycling av uttjänta litiumjonbatterier och plast till mikrovågsabsorberande material med Ni–Co-katalysreglering

Att förvandla gamla batterier och plastskräp till användbara sköldar

Mountains of worn-out electric car batteries and plastic packaging are two of today’s most worrying waste problems. This study shows a way to tackle both at once: by transforming spent lithium-ion batteries and mixed plastic trash into a new material that can soak up unwanted microwaves. Such materials are important for reducing electronic interference and improving stealth technologies, and this approach does so while cutting pollution and recovering valuable metals.

Varför batteri- och plastavfall är svåra att hantera

Litiumjonbatterier i elbilar håller vanligtvis bara fem till åtta år innan de måste bytas ut, vilket lämnar stora mängder använda batteripaket som innehåller viktiga metaller som nickel, kobolt, mangan och litium. Samtidigt produceras mer än 380 miljoner ton plast varje år, mycket av den sönderdelas dåligt och förorenar land och hav. Traditionella sätt att hantera dessa avfall – såsom att bränna plast eller smälta ner batterier – kräver mycket energi, släpper ut växthusgaser och giftiga ångor, och återvinner ofta bara bulkmaterial istället för att skapa produkter med högre värde.

Att ”koka” avfallet tillsammans för att bilda små rör

Forskarna utformade en process där sönderslitet katodpulver från batterier och blandad plast upphettas tillsammans i en sluten ståltreaktor. En nyckelingrediens är den vanliga dryckesflaskplasten polyetylentereftalat, PET, som blandas med andra plaster som polyeten och polypropen. När materialet upphettas till omkring 550 °C sönderdelas plasterna till gaser som både reducerar metaloxiderna i batterimaterialet och tillför kol. Nickel- och koboltatomer klumpar ihop sig till mycket små partiklar, medan litium lämnar som litiumkarbonat som senare kan sköljas ut med vatten.

Hur PET håller metallen aktiv

I många plast-till-kol-processer täpps metalkatalysatorer snabbt igen när tjocka koldelar täcker deras yta och stoppar vidare reaktioner. Här ändrar PET gasblandningen så att kol inte bara byggs upp. Dess sönderdelning ger kolmonoxid och koldioxid, som hjälper till att avlägsna oordnat kol samtidigt som kolrika gaser fortfarande matar tillväxten av välordnade kolnanorör. Det litiumkarbonat som bildas fungerar också som en distanshållare, vilket förhindrar att nickel–koboltpartiklar växer större än cirka 100 nanometer. Denna storlekskontroll håller metallerna mycket aktiva och styr tillväxten av täta skogar av nanorör sammanflätade med små metall- och manganoxidpartiklar.

Från svart pulver till mikrovågsskydd

Efter det inledande ”kopyrolys”-steget värms det fasta produkten upp kortfattat igen till cirka 800 °C i en inert atmosfär. Denna andra behandling avlägsnar kvarvarande fluffigt kol och förbättrar ordningen och den elektriska ledningsförmågan hos nanorören. Det slutliga materialet är ett lätt kompositmaterial där metall- och metalloxidpartiklar är inbäddade i ett ledande nätverk av flerväggiga kolnanorör. När pulvret testades över vanliga radar- och kommunikationsfrekvenser—uppblandat i ett enkelt bindemedel—visade det stark mikrovågsabsorption. Vid ett beläggningstjocklek på omkring 2,4 millimeter kan det absorbera mer än 90 % av inkommande vågor över ett 7 gigahertz brett band, och maximala absorptionsdjup är ännu högre.

Miljömässiga och ekonomiska vinster

Utöver laboratorieprestanda utvärderade teamet hur denna uppcyklingsväg står sig mot tre stora industriella återvinningsmetoder: högtemperatursmältning, kemisk lakning och direkt regenerering av katoder. Genom livscykelanalys och en modell för batteriåtervinning fann de att kopyrolysmetoden förbrukar mindre energi och vatten och ger avsevärt färre växthusgasutsläpp per kilogram behandlat avfall. Den undviker också starka mineralbaserade syror och återvinner litium som litiumkarbonat via enkel vattenlakning. Eftersom slutprodukten är ett högvärdigt mikrovågsabsorberande material kan processen, enligt deras modell, ge avsevärt högre vinster än konventionella återvinningsvägar.

Vad detta betyder för vardagen

Förenklat visar studien att gårdagens elbilsbatterier och engångsplast kan bli morgondagens högteknologiska sköldar för hantering av elektromagnetiska vågor. Genom att på ett smart sätt styra hur plaster sönderdelas och hur metallpartiklar beter sig under upphettning förvandlar forskarna blandat skräp till ett fint svart pulver som både återvinner kritiska metaller och fungerar som en kraftfull mikrovågsabsorberare. Detta erbjuder en praktisk väg för att minska avfall, skära i klimatpåverkan och skapa avancerade material av resurser som annars skulle kasseras.

Citering: 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

Nyckelord: återvinning av litiumjonbatterier, uppcycling av plastavfall, kolnanorör, mikrovågsabsorberande material, cirkulär ekonomi