Една от трудностите при рециклирането е, че цената на самия материал е ниска, а процесът на рециклиране не е евтин. Нова технология се надява да засили рециклирането на литиеви батерии чрез допълнително намаляване на разходите и използване на екологични съставки.

Нова техника за третиране може да върне използвания катоден материал в първоначалното му състояние, като допълнително намалява разходите за рециклиране. Разработена от наноинженери в Калифорнийския университет в Сан Диего, технологията е по-екологична от използваните в момента методи. Той използва по-екологични суровини, намалява консумацията на енергия с 80 до 90 процента и намалява емисиите на парникови газове със 75 процента.

Изследователите описват подробно работата си в статия, публикувана на 12 ноември в Joule.

Тази техника е особено идеална за катоди, изработени от литиево-железен фосфат (LFP). Катодните батерии LFP са по-евтини от другите литиеви батерии, тъй като не използват благородни метали като кобалт или никел. LFP батериите също са по-издръжливи и по-безопасни. Те се използват широко в електрически инструменти, електрически автобуси и електрически мрежи. Tesla Model 3 също използва LFP батерии.

„Като се имат предвид тези предимства, LFP батериите ще имат конкурентно предимство пред другите литиеви батерии на пазара“, каза Джън Чен, професор по наноинженерство в Калифорнийския университет в Сан Диего.

Има ли някакъв проблем? „Не е рентабилно да рециклирате тези батерии.“ “Той е изправен пред същата дилема като пластмасата – самият материал е евтин, но начинът за рециклирането му не е евтин”, каза Чен.

Новите технологии за рециклиране, разработени от Чен и неговия екип, биха могли да намалят тези разходи. Технологията работи при ниски температури (60 до 80 градуса по Целзий) и налягане на околната среда, така че консумира по-малко електроенергия от другите методи. Освен това химикалите, които използва, като литий, азот, вода и лимонена киселина, са евтини и меки.

„Целият процес на рециклиране се извършва при много безопасни условия, така че не се нуждаем от специални мерки за безопасност или специално оборудване“, каза Пан Сю, водещ автор на изследването и постдокторант в лабораторията на Чен. Ето защо нашите разходи за рециклиране на батерии са ниски. ”

Първо, изследователите рециклират LFP батериите, докато не загубят половината от капацитета си за съхранение. След това разглобиха батерията, събраха нейния катоден прах и я накиснаха в разтвор на литиеви соли и лимонена киселина. След това измиха разтвора с вода и оставиха праха да изсъхне, преди да го нагрее.

Изследователите са използвали праха, за да направят нови катоди, които са тествани в бутонни клетки и клетки на торбичката. Неговите електрохимични характеристики, химичен състав и структура са напълно възстановени в първоначалното състояние.

Тъй като батерията продължава да се рециклира, катодът претърпява две важни структурни промени, които намаляват неговата производителност. Първият е загубата на литиеви йони, които образуват кухини в структурата на катода. Второ, настъпи друга структурна промяна, когато йоните на желязото и лития в кристалната структура размениха местата си. След като това се случи, йоните не могат лесно да преминат обратно, така че литиевите йони се забиват и не могат да преминават през батерията.

Методът на лечение, предложен в това изследване, първо попълва литиеви йони, така че железните йони и литиевите йони могат лесно да бъдат превключени обратно в първоначалните си позиции, като по този начин се възстановява структурата на катода. Втората стъпка е да се използва лимонена киселина, която действа като редуциращ агент за даряване на електрони на друго вещество. Той прехвърля електрони към железните йони, намалявайки техния положителен заряд. Това свежда до минимум отблъскването на електроните и предотвратява връщането на железните йони в първоначалните си позиции в кристалната структура, като същевременно освобождава литиеви йони обратно в цикъла.

Въпреки че общата консумация на енергия при процеса на рециклиране е ниска, изследователите казват, че са необходими допълнителни изследвания относно логистиката при събирането, транспортирането и изхвърлянето на големи количества батерии.

“Следващото предизвикателство е да разберем как да оптимизираме тези логистични процеси.” „Това ще доближи нашата технология за рециклиране една стъпка по-близо до промишленото приложение“, каза Чен.