Recovery Kobalt dan Litium pada Katoda Baterai Litium Ion Menggunakan Deep Eutectic Solvent

Pendahuluan

Penggunaan baterai litium ion yang semakin meningkat menyebabkan masifnya limbah baterai litium ion bekas. Prediksi jumlah baterai litium ion bekas pada tahun 2020 di China sebesar 500,000 ton karena lifetime baterai litium ion nyaris tidak lebih dari 3 tahun pada peralatan elektronik dan nyaris tidak lebih dari 5-10 tahun pada kendaraan listrik [1]. Kobalt merupakan salah satu komponen utama pada katoda baterai litium ion yang kandungan mencapai 15% berat. Selain itu, harga kobalt relatif mahal dan area pertambangannya berada di zona konflik. Recovery kobalt telah dilakukan menggunakan beberapa metode seperti pirometalurgi, hidrometalurgi dan biometalurgi.

Hidrometalurgi merupakan metode yang paling efektif dalam leaching logam. Sayangnya, teknik tersebut masih menggunakan asam kuat seperti asam klorida, asam nitrat dan asam sulfat sebagai pelarut yang dapat membahayakan pekerja dan lingkungan. Penggunaan asam organik seperti malic acid dan oxalic acid pada proses leaching logam katoda baterai litium ion telah dilakukan meskipun beberapa kendala masih dihadapi seperti tidak seluruh material katoda dapat terlarut pada larutan asam organik tersebut [2].

Percobaan

Untuk mengatasi masalah tersebut, para peneliti dari Rice University menggunakan deep eutectic solvent (DES) untuk recovery logam-logam pada katoda baterai litium ion. DES merupakan campuran dua atau lebih senyawa yang memiliki nilai titik lebur jauh lebih rendah dari kedua senyawa tersebut yang membuat fasa DES menjadi cair pada temperatur ruang [3]. DES yang digunakan adalah choline chloride dan etilen glikol (ChCl:EG). Katoda yang digunakan pada percobaan ini adalah LCO (LiCoO2) dan NMC (LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2) [2]. Skema recovery kobalt dan litium pada katoda baterai litium ion ditunjukkan pada Gambar 1. Tahap pertama dalam proses recovery ini adalah memisahkan bagian-bagian dari baterai litium ion. Setelah itu, katoda dimasukkan ke dalam larutan DES dengan pemanasan (variasi temperatur 25 – 220oC selama 24 jam) dan pengadukan untuk memulai proses leaching kobalt dan litium. Temperatur sangat berpengaruh terhadap pelarutan kobalt dalam DES [2].

Gambar 1. Skema recovery kobalt dan litium pada katoda baterai litium ion menggunakan DES

Hasil Percobaan

Gambar 2a menunjukkan visualisasi DES yang mengandung ion kobalt. Sementara itu, Gambar 2b dan 2c menunjukkan pengaruh temperatur dan waktu pelarutan terhadap konsentrasi kobalt yang terkandung dalam DES. Efisiensi leaching yang diperoleh sebesar 99,3% untuk kobalt. Hasil leaching kemudian disaring untuk memisahkan aluminium foil, binder dan sisa conductive carbon dengan DES yang mengandung ion-ion logam.

Gambar 2. (a) Warna putih menunjukkan DES murni dan semakin biru warna larutan maka semakin tinggi konsentrasi kobalt di dalam DES (b) Pengaruh temperatur terhadap konsentrasi kobalt selama 24 jam (c) Pengaruh temperatur terhadap konsentrasi kobalt dengan tiga variasi waktu yang berbeda

Proses presipitasi atau elektrodeposisi dapat dilakukan untuk mendapatkan kobalt dan litium. Proses presipitasi menggunakan Na2CO3 yang menghasilkan CoCO3[2]. Proses kalsinasi dibutuhkan untuk mendapatkan Co3O4. Selain itu, DES dapat didaur ulang untuk proses leaching selanjutnya. Gambar 3 menunjukkan tahapan dalam daur ulang DES. DES yang mengandung kobalt berwarna hijau, kemudia kobalt diperoleh dengan menggunakan elektrodeposisi pada substrat yang membuat DES kembali jernih (DES murni). DES tersebut dapat digunakan kembali untuk proses leaching katoda LCO.

Baca juga:
Gambar 3. Proses daur ulang DES. Gambar pertama menunjukkan DES murni dan gambar kedua merupakan DES yang mengandung kobalt. Gambar ketiga menunjukkan ion kobalt yang sudah dipisahkan dari DES menggunakan elektrodeposisi sehingga DES kembali jernih. Gambar keempat menunjukkan proses leaching LCO menggunakan DES daur ulang

Penelitian ini juga melakukan leaching pada katoda NMC dengan variasi konsentrasi. Proses leaching dilakukan pada temperatur 180oC. Efisiensi leaching tertinggi yang didapat adalah 71% untuk litium dan 32% untuk kobalt [2]. Nilai efisiensi leaching kobalt yang rendah pada katoda NMC dikarenakan terdapat ion-ion logam lain seperti nikel dan mangan yang berkompetisi dengan ion kobalt.  Gambar 4 menunjukkan leaching efisiensi katoda NMC dalam DES pada 180oC.

Gambar 4. Efisiensi leaching katoda NMC dalam DES pada 180oC

Kelebihan proses ini adalah DES dapat digunakan kembali untuk proses leaching selanjutnya tanpa menurunkan efisiensi leaching dan ramah lingkungan. Recovery logam-logam yang terkandung dalam katoda baterai litium ion menggunakan DES memberikan paradigma baru dalam proses daur ulang komponen pada baterai litium yang berkelanjutan.

Referensi

[1] Zheng, X. et al. 2018. A mini-review on metal recycling from spent lithium ion batteries. Engineering, 4, 361–370

[2] Tran, M.K. et al. 2019. Deep eutectic solvents for cathode recycling of Li-ion batteries. Nature Energy, 4, 339-345

[3] Rice University. 2019. New ‘blue-green’ solution for recycling world’s batteries. Diakses dari : https://www.sciencedaily.com/releases/2019/04/190401115823.htm pada 04 Maret 2020

Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *