Selektiv extraktion av litium från sura kloridlakvatser från använda batterier

Varför gamla batterier fortfarande spelar roll

Litiumjonbatterier driver våra telefoner, bärbara datorer och elbilar, men litiumet i dem är svårt att återvinna när batterierna når slutet av sin livslängd. Idag går mycket av detta litium förlorat eller återvinns först efter många kostsamma steg. Denna studie undersöker ett enklare sätt att tidigt ta ut litium ur den sura vätska som bildas när sönderslagna batterier kemiskt löses upp, med målet att spara energi, kemikalier och värdefulla metaller.

Att förvandla krossade celler till användbar vätska

Modern batteriåtervinning börjar ofta med så kallad ”black mass”, ett mörkt pulver som bildas genom att uttjänta celler krossas. Detta pulver är rikt på litium men innehåller också nickel, kobolt, mangan och andra metaller. Ett vanligt tillvägagångssätt är att lösa black mass i saltsyra, vilket ger en saltlösning som innehåller nästan alla metaller på en gång. Utmaningen är att befintliga återvinningsmetoder vanligtvis fokuserar på de dyrare metallerna först, och lämnar litiumet till slutet, då det är utspätt, delvis förlorat och blandat med många föroreningar. Att återvinna litium tidigare från samma sura lösning skulle vara mer effektivt, men det kräver ett material som kan selektivt fånga litium utan att ta med sig andra metaller.

En skräddarsydd vätska som föredrar litium

Forskarna designade en speciell organisk vätska som fungerar som ett filter på molekylär nivå. Den kombinerar tre ingredienser: järnjoner, ett vanligt industrilösningsmedel kallat tributylfosfat, och en sur hjälparmolekyl känd som P507. När denna organiska fas blandas med den sura batterilakvatsen rör sig litiumjonerna in i den organiska vätskan mycket lättare än nickel, kobolt eller mangan. Teamet finjusterade förhållandet mellan P507 och järn så att vätskan både kunde plocka upp litium från lakvatsen och senare släppa det igen i rent vatten, samtidigt som järnet hålls bundet i den organiska fasen för återanvändning.

Steg för steg: från blandad soppa till rent litium

Två något olika processupplägg testades. I det första laddades den organiska vätskan med litium direkt från batterilakvatsen, och P507 tillsattes i efterhand för att stabilisera systemet. I det andra förladdades järn först i den organiska fasen med en enkel lagerlösning, och först därefter fördes denna vätska i kontakt med den verkliga lakvatsen. Båda vägarna följdes av tre viktiga steg: tvättning för att skölja bort spår av föroreningar, stripning för att flytta litium från den organiska vätskan till vatten, och regenerering för att förbereda den organiska fasen för en ny cykel. Med ett lämpligt blandningsförhållande mellan organisk och vattenfas och ett P507–järn-förhållande kring 1,5 till 1,7 extraherade processen mer än 90 procent av litium över flera kontaktsteg samtidigt som nickel och kobolt nästan helt stannade kvar i ursprungslösningen.

Att hålla systemet stabilt och återanvändbart

Teamet använde infraröd och ultraviolett–vis mätning för att bekräfta hur järn och de organiska molekylerna interagerar inne i det flytande filtret. Dessa tester visade att järnet förblir bundet i en form som stannar i den organiska fasen även när kloridnivån sjunker under vattensstripningen. Som en följd kan samma lösningsmedel återanvändas i flera cykler utan betydande förlust av järn eller extraktionsförmåga. Över sex upprepade körningar låg enkelstegs litiumextraktion nära 65 procent, och den slutliga litiumrika vattenströmmen innehöll 11–14 gram litium per liter medan nivåerna av nickel och kobolt var under detektionsgränsen och mangan nästan frånvarande.

Vad detta betyder för renare batteriåtervinning

För en icke-specialist är huvudresultatet att litium kan tas ut tidigt från en hård, salt batterilakvatslösning med hjälp av ett återvinningsbart flytande filter och endast vatten för det slutliga återvinningssteget. Detta undviker upphettning av black mass till höga temperaturer, minskar behovet av tillsatt syror och baser, och förhindrar införandet av extra förorenande metaller. I en industrisk återvinningsanläggning skulle den renade lakvatsen sedan kunna behandlas med befintliga metoder för att återvinna nickel, kobolt och mangan, medan den litiumrika vattenströmmen kan omvandlas till batterikvalitativa litiumsalter. Tillsammans erbjuder dessa steg ett mer effektivt och potentiellt mer hållbart sätt att sluta kretsloppet för litium i uppladdningsbara batterier.

Citering: 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

Nyckelord: litiumåtervinning, batterilakvat, lösningsmedelsextraktion, black mass, hydrometallurgi