Recycling spent batteries to green innovation: a CuCo-based composite as an electrocatalyst for CO₂ reduction

Autor(es)

da Cruz, Jean C. ; e Silva, Ricardo M. ; da Silva, Gelson T. S. T. ; Mascaro, Lucia H. ; Ribeiro, Caue

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: SUSTAINABLE ENERGY & FUELS; v. 8, n. 14, p. 9-pg., 2024-05-24.

Resumo

The reuse of solid and gaseous waste is necessary to achieve a significant advance toward more sustainable and eco-friendly processes. It is a challenge in the electronic industry, where the materials are generally expensive and toxic (if disposed of in nature), requiring strategies for maximum material recovery. Here, we report a strategy to recycle lithium-ion batteries (LIBs), preparing a copper-cobalt composite catalyst designed to operate in electrochemical CO2 reduction to hydrocarbons. The proposed method allows fast and easy electrodeposition of a thin layer of spherical Cu/Co nanoparticles over a conductive substrate. The electrodes were assessed for their CO2 reduction activity at different potentials (-0.13, -0.33, and -0.53 V vs. RHE). As a result, we achieved different products such as methanol, acetic acid, ethanol, and hydrogen with selectivity according to the applied potential. The highest production and faradaic efficiency for C1+ compounds were for methanol, reaching 103 mu mol mg(cat) and 65% after 3 h of reaction at an applied potential of -0.13 V vs. RHE. A proposed scheme, based on in situ FTIR spectra using D2O, suggests that CO2 initially undergoes one-electron reduction, forming *COads, which acts as a stable intermediate on the Cu surface. The Cu surface predominantly drives the reaction despite its higher amount in the CuCo-based composites. From that, various pathways can arise from the protonation of the intermediate, leading to the production of C2+ alcohols in smaller quantities or C-1 alcohols in larger quantities and intensity. (AU)

• Processo FAPESP: 18/01258-5 - Novos processos catalíticos e fotocatalíticos para a conversão direta de metano e CO2 em produtos
• Beneficiário: José Maria Correa Bueno
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 13/07296-2 - CDMF - Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais
• Beneficiário: Elson Longo da Silva
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
• Processo FAPESP: 20/09628-6 - Desenvolvimento de nanopartículas semicondutoras heteroestruturadas para conversão de metano por processo fotocatalítico
• Beneficiário: Ricardo Marques e Silva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 17/11986-5 - Geração e Armazenamento de Novas Energias: trazendo desenvolvimento tecnológico para o país
• Beneficiário: Ana Flávia Nogueira
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Centros de Pesquisa em Engenharia
• Processo FAPESP: 22/10255-5 - Arquiteturas baseadas em fosfetos e nitretos metálicos para conversão foto(eletro)química de CO2 em compostos C2+
• Beneficiário: Gelson Tiago dos Santos Tavares da Silva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado