Адна з цяжкасцяў перапрацоўкі ў тым, што кошт самога матэрыялу невысокая, а працэс перапрацоўкі нятанны. Новая тэхналогія спадзяецца павысіць перапрацоўку літыевых батарэй за кошт далейшага зніжэння выдаткаў і выкарыстання экалагічна чыстых інгрэдыентаў.

Новая тэхніка апрацоўкі можа вярнуць выкарыстаны катодны матэрыял у першапачатковы стан, што яшчэ больш зніжае выдаткі на перапрацоўку. Тэхналогія, распрацаваная нанаінжынерамі з Каліфарнійскага ўніверсітэта ў Сан-Дыега, больш экалагічна чыстая, чым метады, якія выкарыстоўваюцца ў цяперашні час. Ён выкарыстоўвае больш экалагічную сыравіну, зніжае спажыванне энергіі на 80-90 працэнтаў і скарачае выкіды парніковых газаў на 75 працэнтаў.

Даследчыкі падрабязна апісваюць сваю працу ў артыкуле, апублікаванай 12 лістапада ў Joule.

Гэты метад асабліва ідэальна падыходзіць для катодаў з фасфату жалеза літыя (LFP). Катодныя батарэі LFP танней, чым іншыя літыевыя батарэі, таму што яны не выкарыстоўваюць каштоўныя металы, такія як кобальт або нікель. Батарэі LFP таксама больш даўгавечныя і бяспечныя. Яны шырока выкарыстоўваюцца ў электраінструментах, электрабусах і электрасетках. Tesla Model 3 таксама выкарыстоўвае батарэі LFP.

«Улічваючы гэтыя перавагі, батарэі LFP будуць мець канкурэнтную перавагу перад іншымі літыевымі батарэямі на рынку», – сказаў Чжэн Чэнь, прафесар нанаінжынерыі з Каліфарнійскага ўніверсітэта ў Сан-Дыега.

Ці ёсць якія-небудзь праблемы? «Перапрацоўваць гэтыя батарэі невыгодна». «Ён сутыкаецца з той жа дылемай, што і пластмасы – сам матэрыял танны, але спосаб яго перапрацоўкі нятанны», – сказаў Чэнь.

Новыя тэхналогіі перапрацоўкі, распрацаваныя Чэнем і яго камандай, могуць знізіць гэтыя выдаткі. Тэхналогія працуе пры нізкіх тэмпературах (ад 60 да 80 градусаў Цэльсія) і ціску навакольнага асяроддзя, таму спажывае менш электраэнергіі, чым іншыя метады. Акрамя таго, хімічныя рэчывы, якія ён выкарыстоўвае, такія як літый, азот, вада і цытрынавая кіслата, танныя і мяккія.

«Увесь працэс перапрацоўкі ажыццяўляецца ў вельмі бяспечных умовах, таму нам не патрэбныя спецыяльныя меры бяспекі або спецыяльнае абсталяванне», – сказаў Пан Сюй, вядучы аўтар даследавання і аспірант у лабараторыі Чэня. Вось чаму нашы выдаткі на перапрацоўку акумулятараў нізкія. ”

Спачатку даследчыкі перапрацавалі батарэі LFP, пакуль яны не страцілі палову сваёй ёмістасці. Затым яны разабралі акумулятар, сабралі катодны парашок і замачылі ў растворы соляў літыя і цытрынавай кіслаты. Далей змывалі раствор вадой і давалі парашку высахнуць перад награваннем.

Даследчыкі выкарыстоўвалі парашок, каб зрабіць новыя катоды, якія былі пратэставаныя ў ячэйках Button і ячейках сумкі. Яго электрахімічныя характарыстыкі, хімічны склад і структура цалкам аднаўляюцца да першапачатковага стану.

Паколькі батарэя працягвае перапрацоўвацца, катод перажывае два важныя структурныя змены, якія зніжаюць яго прадукцыйнасць. Першы – гэта страта іёнаў літыя, якія ўтвараюць пустэчы ў структуры катода. Па-другое, адбылося яшчэ адно структурнае змяненне, калі іёны жалеза і літыя ў крышталічнай структуры памяняліся месцамі. Як толькі гэта адбудзецца, іёны не могуць лёгка пераключыцца назад, таму іёны літыя захрасаюць і не могуць цыклічна праходзіць праз батарэю.

Метад лячэння, прапанаваны ў гэтым даследаванні, па-першае, папаўняе іёны літыя, так што іёны жалеза і іёны літыя могуць быць лёгка пераключаны назад у зыходныя пазіцыі, аднаўляючы тым самым структуру катода. Другім крокам з’яўляецца выкарыстанне цытрынавай кіслаты, якая дзейнічае як аднаўляльнік для аддачы электронаў іншаму рэчыву. Ён перадае электроны іёнам жалеза, памяншаючы іх станоўчы зарад. Гэта мінімізуе адштурхванне электронаў і прадухіляе вяртанне іёнаў жалеза ў першапачатковыя пазіцыі ў крышталічнай структуры, адначасова вызваляючы іёны літыя назад у цыкл.

У той час як агульнае спажыванне энергіі ў працэсе перапрацоўкі нізкае, даследчыкі кажуць, што неабходныя дадатковыя даследаванні ў галіне лагістыкі збору, транспарціроўкі і ўтылізацыі вялікай колькасці батарэек.

«Наступная задача — высветліць, як аптымізаваць гэтыя лагістычныя працэсы». “Гэта наблізіць нашу тэхналогію перапрацоўкі на адзін крок да прамысловага прымянення”, – сказаў Чэнь.