Ga naar hoofdinhoud

Lithium primair

Over

  • Anode: lithium
  • Kathode: mangaandioxide, lithiumthionylchloride, koolstofmonofluoride, ijzerdisulfide, diverse
  • Elektrolyt: diverse
  • Type: primair
  • Nominale celspanning: 1,5 - 3+ volt
  • Energiedichtheid: 300 - 1.500 W·h/L
  • Maandelijkse zelfontladingsgraad: 0,2 - 1%

Voordelen:

  • Uitstekende prestaties - lithium heeft een hoge energiedichtheid en elektrochemisch potentieel (een thermodynamische maatstaf voor chemisch potentieel die ook de energiebijdrage van elektrostatica omvat)
  • Lichtgewicht - 50 tot 60% lichter dan vergelijkbare loodzuurequivalenten
  • Lange levensduur - lange gebruiksduur (15 tot 20 jaar voor lithiumthionylchloride)

Nadelen:

  • Niet oplaadbaar - primaire lithiumcellen zijn uitsluitend voor eenmalig gebruik
  • Economisch inefficiënt - deze cellen produceren slechts 2% van de energie die nodig is om ze te maken
Lithium primair

Algemene informatie over primaire lithium

Lithium primair verwijst naar niet-oplaadbare batterijen die metaalhoudend lithium als anodemateriaal gebruiken. Er zijn veel verschillende elektrolyt- en kathode-opties (mangaandioxide, koolstofmonofluoride en ijzerdisulfide behoren tot de meest voorkomende kathodematerialen).

Gilbert Newton begon al in 1912 met experimenten rond lithiumbatterijen, maar het duurde tot de late jaren zestig voordat de eerste commercieel haalbare primaire lithiumcel werd ontwikkeld. Dit zette kort daarna het onderzoek naar oplaadbare lithiumbatterijen in gang. Sindsdien is er veel onderzoek verricht om de betrokken chemie te verfijnen, waarbij werd onderzocht hoe lithium reageert en functioneert in verschillende toestanden en in combinatie met diverse andere materialen.

Meest voorkomende toepassingen

Vandaag de dag worden primaire lithiumbatterijen gebruikt in veel apparaten met een lange levensduur. Ze worden vaak gebruikt in speelgoed en dienen als hoogwaardig alternatief voor alkaline- en zink-koolstofbatterijen wanneer de spanning dit toelaat. Ook hebben ze een vaste plek gevonden in geïmplanteerde medische elektronica, zoals pacemakers, dankzij hun lange levensduur, hoge energiedichtheid en hoog spanningsniveau.

Racewagen speelgoed

Waarom lithium primaire batterijen recycleren?

Hoewel de meeste primaire lithiumbatterijen geen giftige metalen bevatten (met uitzondering van LiSOCl2, dat thionylchloride bevat) zijn ze door hun metallisch lithiumgehalte zeer brandbaar. Lithiummetaal kan ontploffen bij blootstelling aan vocht of lucht, wat de reden is waarom deze batterijen (en lithium-ion trouwens ook) als brandgevaarlijk worden beschouwd. Om veiligheidsredenen worden ze vaak in kleine hoeveelheden gerecycleerd of volledig ontladen voor verwerking.

Hoogtepunten van het proces

Ontlading en comminutie

De eerste stap in het recycleren van lithiumbatterijen is doorgaans het volledige ontladen ervan of het inert maken van de inhoud met vloeibaar stikstof. De comminutie van de batterijen wordt vervolgens vaak uitgevoerd in een roterende versnipperaar in een koolstofdioxide- en argonatmosfeer, om eventueel resterend elementair lithium om te zetten in lithiumcarbonaat (Li2CO3).

Fysieke scheiding

Volgende stap — zeven: het scheiden van kleinere deeltjes metaaloxiden en koolstof van de grotere fragmenten staal, papier en kunststof. Vervolgens kunnen verschillende zeven worden gebruikt om koperdeeltjes te scheiden van de zwarte massa (die kobalt- en lithiumdeeltjes bevat).

  • De papier- en kunststofstroom is op dat punt doorgaans al afgescheiden en wordt doorgestuurd voor recyclage of als brandstof voor industriële processen.
  • Staal en koper zijn ook op weg naar een metaalverwerkingsbedrijf.
  • De resterende fractie, rijk aan lithium, kobalt en koolstof (de zwarte massa), wordt vervolgens verder verwerkt via metallurgie.

Lithium kan worden uitgeloogd en neergeslagen tot lithiumzouten, maar het proces is buitengewoon kostbaar en de hoeveelheden lithium zijn in veel landen te klein om dit te rechtvaardigen. In de meeste huidige industriële recyclagemethoden belandt het lithiumgehalte dan ook in de slak, omdat het goedkoper is om nieuw lithium te kopen dan het te recycleren. Daar komt echter mogelijk binnenkort verandering in, dankzij nieuwe wet- en regelgeving.

Eindproducten

Gezien de verscheidenheid aan kathode- en elektrolytmaterialen die worden gebruikt voor primaire lithiumbatterijen, kunnen de eindproducten variëren. In de meeste gevallen zijn de uitvoerstromen echter:

  • Kunststoffen
  • Papier
  • Staal
  • Lithiumzouten
  • Elektrolyt- en kathodematerialen
Steel