(Recovery of Graphite From NMC Battery Anodes Using The Leaching Method)
Oleh : Dwi Fahira (22/498819/PTK/14509) – Magister Teknik Kimia
INTISARI
Jumlah mobil listrik di masa depan diperkirakan akan meningkat seiring waktu. Sementara itu, baterai yang digunakan dalam kendaraan listrik memiliki batas waktu penggunaan sehingga akan menjadi limbah di masa yang akan datang. Spent graphite ini dapat mencemari lingkungan, namun di sisi lain memiliki kandungan berharga yang perlu didaur ulang. Penelitian ini merupakan bagian dari proses daur ulang baterai ion litium jenis NMC yang akan banyak digunakan di Indonesia. Baterai NMC merupakan baterai dimana katoda penyusunnya terdiri dari logam nikel, mangan, dan kobalt dengan ion litium sedangkan anodanya terdiri dari tembaga dan grafit.
Daur ulang anoda spent graphite ini dilakukan dengan memberikan perlakuan panas untuk membuka pori-pori grafit dan metode hidrometalurgi menggunakan pelarut asam peroxymonosulfuric. Penggunaan metode hidrometalurgi menghasilkan kemurnian produk yang lebih tinggi dengan biaya operasinya yang relatif murah. Metode hidrometalurgi terdiri dari proses pre-treatment dan leaching. Pemilihan asam peroxymonosulfuric sebagai pelarut ditujukan untuk memperoleh kemurnian grafit yang tinggi. Selain asam sulfat, terdapat asam peroksida sebagai bahan pereduksi didalam asam peroxymonosulfuric untuk membantu proses leaching agar berjalan dengan cepat.
Penelitian ini mengkaji pengaruh asam sulfat dalam peroxymonosulfuric sebagai leachant, suhu operasi, dan perlakuan panas untuk pemurnian grafit. Analisis untuk menentukan kemurniaan grafit dari kandungan logam berharga menggunakan ICP-OES .
Analisis produk lainnya dilakukan menggunakan alat SEM dan XRD, SEM-EDX, BET dan Raman yang bertujuan untuk memberikan gambaran tentang morfologi permukaan, struktur dan bagaimana spesifikasi grafit lainnya.
Dari hasil analisis perlakuan grafit dengan steam adalah perlakuan panas terbaik karena dapat memperluas surface area, mendekati spesifikasi grafit komersial, dan lebih hemat energi. Proses steam yang diikuti dengan leaching dapat menghilangkan pengotor tanpa banyak merusak bagian grafit. Penelitian menggunakan leachant peroxymonosulfuric (campuran asam sulfat dan asam peroksida) menunjukkan hasil terbaik pada molaritas asam sulfat 1 M dan suhu 75°C. Simulasi pemodelan menunjukkan bahwa proses leaching grafit dengan peroxymonosulfuric dikontrol oleh tahap difusi reaktan dari permukaan grafit menuju inti yang tidak bereaksi dan reaksi permukaan, dibuktikan dari nilai Ea masing-masing parameter tiap element.
Kata kunci: Baterai NMC; Hidrometalurgi; Peroxymonosulfuric; Leaching.
ABSTRACT
The number of electric cars in the future is expected to increase over time. Meanwhile, the batteries used in electric vehicles have a limited lifespan, which means they will eventually become waste. These used batteries can pollute the environment; however, they also contain valuable materials that need to be recycled. This research is part of the process of recycling NMC-type lithium-ion batteries, which will be widely used in Indonesia. NMC batteries are composed of cathodes made of nickel, manganese, and cobalt with lithium ions, while their anodes are made of copper and graphite.
The recycling of these used battery anodes involves thermal treatment to open the pores of the graphite and a hydrometallurgical method using peroxymonosulfuric acid as a solvent. The use of the hydrometallurgical method results in higher product purity with relatively low operating costs. The hydrometallurgical method consists of pre-treatment and leaching processes. The selection of peroxymonosulfuric acid as a solvent is aimed at obtaining high-purity graphite. In addition to sulfuric acid, peroxymonosulfuric acid contains peroxide acid as a reducing agent to facilitate the leaching process rapidly.
This research examines the influence of sulfuric acid in peroxymonosulfuric as the leachant, operating temperature, and thermal treatment for graphite purification. The analysis to determine the purity of graphite from the valuable metal content uses ICPOES.
Other product analyses are conducted using SEM, XRD, SEM-EDX, BET and Raman tools to provide insights into surface morphology, structure, and other graphite specifications. The experimental results show that steam treatment is the best thermal treatment for graphite as it can expand the surface area, closely match commercial graphite specifications, and be more energy-efficient. The steam process followed by leaching can remove impurities without significantly damaging the graphite. The present research using peroxymonosulfuric leachant (a mixture of sulfuric acid and peroxide acid) shows the best results at 1 M sulfuric acid molarity and a temperature of 75°C. Modeling simulations indicate that the graphite leaching process with peroxymonosulfuric is controlled by the diffusion of reactants from the graphite surface to the unreacted core and surface reactions, as evidenced by the activation energy value for each parameter of each element.
Keywords: NMC Battery; Hydrometallurgy; Peroxymonosulfuric; Leaching.Cycle Assessment.