SUSTAINABLE RECYCLING OF SPENT LI-ION BATTERIES: LITHIUM RECOVERY AND CATALYTIC APPLICATIONS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Lara S. A. Elayan MS Thesis (2).pdf Restricted to Repository staff only until 26 May 2026. Download (4MB)

Arabic Abstract

الاسم الكامل: لارا شحاده أحمد عليان عنوان الرسالة: إعادة تدوير مستدامة لبطاريات الليثيوم أيون المستهلكة: استخلاص الليثيوم والتطبيقات الحفزية المجال الرئيسي: الكيمياء تاريخ منح الدرجة: مايو 2025 أدى الطلب المتزايد على بطاريات الليثيوم أيون إلى تحديات بيئية ومواردية كبيرة، خاصة فيما يتعلق بالتخلص من البطاريات المستهلكة وإعادة تدويرها. تستكشف هذه الدراسة نهجاً مبتكراً لإعادة استخدام مواد كاثود LiCoO₂ المستهلكة من بطاريات الليثيوم أيون المهملة كعوامل حفازة لتثبيت النيتروجين عبر نظام قطرات دقيقة معزز كهروستاتيكياً. تم توصيف مادة LiCoO₂ المستخلصة باستخدام تقنيات حيود الأشعة السينية (XRD)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، ومطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX)، ومطيافية الانبعاث الضوئي بالبلازما المقترنة حثياً (ICP-OES)، والتحليل الحراري الوزني (TGA)، ومطيافية فوتوالإلكترون بالأشعة السينية (XPS)، وقياس مساحة السطح بطريقة بروناور-إيميت-تيلر (BET)، مما أكد سلامتها الهيكلية وإمكاناتها الحفزية. أظهر النظام الكهروكيميائي، الذي يعمل بجهود مختلفة (0-10 كيلو فولت)، كفاءة عالية في تثبيت النيتروجين تحت الظروف المحيطة، منتجاً كلاً من الأمونيا (NH₃) والنترات (NO₃⁻). تم تحقيق أفضل أداء عند 10 كيلو فولت، حيث بلغت كمية الأمونيا المنتجة 1.11 جزء في المليون والنترات 17.49 جزء في المليون، مع كفاءات فارادية بلغت 12.3% و18.7% على التوالي. تبرز الدراسة الفوائد المزدوجة لهذا النهج: (1) إعادة تدوير مستدامة لبطاريات الليثيوم أيون المستهلكة، و(2) تثبيت نيتروجين منخفض الطاقة للتطبيقات الزراعية المحتملة. تمثل هذه النتائج حلاً اقتصادياً دائرياً يحول نفايات البطاريات إلى عوامل حفازة قيمة، مساهماً بذلك في الكيمياء الخضراء والإدارة المستدامة للموارد.

English Abstract

Full Name : Lara Shehadeh Ahmad E’layan Thesis Title : Sustainable Recycling of Spent Li-ion Batteries: Lithium Recovery and Catalytic Applications Major Field : Chemistry Date of Degree : May 2025 The increasing demand for lithium-ion batteries (LiBs) has led to significant environmental and resource challenges, particularly concerning the disposal and recycling of spent batteries. This study explores an innovative approach to repurpose spent LiCoO₂ cathode materials from discarded LiBs as catalysts for nitrogen fixation via an electrostatically enhanced microdroplet system. The recovered LiCoO₂ was characterized using XRD, SEM, EDX, ICP-OES, TGA, XPS, and BET analysis, confirming its structural integrity and catalytic potential. The electrochemical system, operating at varying voltages (0–10 kV), demonstrated efficient nitrogen fixation, producing both ammonia (NH₃) and nitrate (NO₃⁻) under ambient conditions. Optimal performance was achieved at 10 kV, yielding 1.11 mg/L NH₃ and 17.49 mg/L NO₃⁻, with Faradaic efficiencies of 12.3% and 18.7%, respectively. The study highlights the dual benefits of this approach: (1) sustainable recycling of spent LiBs and (2) low-energy nitrogen fixation for potential agricultural applications. These findings present a circular economic solution that transforms battery waste into valuable catalysts, contributing to green chemistry and sustainable resource management.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Chemistry
Department:	College of Chemicals and Materials > Chemistry
Committee Advisor:	Chanbasha, Basheer
Committee Members:	Musa, Musa and Al-Betar, Abdulrahman
Depositing User:	LARA E�LAYAN (g202214380)
Date Deposited:	27 May 2025 05:07
Last Modified:	27 May 2025 05:07
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143461