Jedním z problémů s recyklací je, že náklady na samotný materiál jsou nízké a proces recyklace není levný. Nová technologie doufá, že podpoří recyklaci lithiových baterií dalším snížením nákladů a používáním ekologických přísad.

Nová technika zpracování může vrátit použitý katodový materiál do původního stavu a dále snížit náklady na recyklaci. Technologie vyvinutá nanoinženýry z Kalifornské univerzity v San Diegu je šetrnější k životnímu prostředí než metody používané v současnosti. Využívá ekologičtější suroviny, snižuje spotřebu energie o 80 až 90 procent a snižuje emise skleníkových plynů o 75 procent.

Výzkumníci podrobně popisují svou práci v článku zveřejněném 12. listopadu v Joule.

Tato technika je zvláště ideální pro katody vyrobené z fosforečnanu lithného (LFP). Katodové baterie LFP jsou levnější než jiné lithiové baterie, protože nepoužívají drahé kovy, jako je kobalt nebo nikl. Baterie LFP jsou také odolnější a bezpečnější. Jsou široce používány v elektrickém nářadí, elektrických autobusech a elektrických sítích. Tesla Model 3 také používá LFP baterie.

„S ohledem na tyto výhody budou mít baterie LFP konkurenční výhodu oproti jiným lithiovým bateriím na trhu,“ řekl Zheng Chen, profesor nanoinženýrství na Kalifornské univerzitě v San Diegu.

Je tu nejaky problem? “Není nákladově efektivní recyklovat tyto baterie.” „Čelí stejnému dilematu jako plasty – samotný materiál je levný, ale způsob, jak jej recyklovat, není levný,“ řekl Chen.

Nové recyklační technologie vyvinuté Chenem a jeho týmem by mohly tyto náklady snížit. Technologie pracuje při nízkých teplotách (60 až 80 stupňů Celsia) a okolním tlaku, takže spotřebuje méně elektřiny než jiné metody. Navíc chemikálie, které používá, jako lithium, dusík, voda a kyselina citrónová, jsou levné a mírné.

„Celý proces recyklace probíhá za velmi bezpečných podmínek, takže nepotřebujeme žádná speciální bezpečnostní opatření ani speciální vybavení,“ řekl Pan Xu, hlavní autor studie a postdoktorandský výzkumník v Chenově laboratoři. Proto jsou naše náklady na recyklaci baterií nízké. “

Nejprve výzkumníci recyklovali baterie LFP, dokud neztratily polovinu své skladovací kapacity. Poté baterii rozebrali, shromáždili její katodový prášek a namočili ji do roztoku solí lithia a kyseliny citrónové. Poté roztok promyli vodou a nechali prášek před zahřátím uschnout.

Výzkumníci použili prášek k výrobě nových katod, které byly testovány na knoflíkových článcích a váčkových článcích. Jeho elektrochemické vlastnosti, chemické složení a struktura jsou zcela obnoveny do původního stavu.

Jak baterie pokračuje v recyklaci, katoda prochází dvěma důležitými strukturálními změnami, které snižují její výkon. Prvním je ztráta iontů lithia, které tvoří dutiny ve struktuře katody. Za druhé, další strukturální změna nastala, když si ionty železa a lithia v krystalové struktuře vyměnily místa. Jakmile k tomu dojde, ionty se nemohou snadno přepnout zpět, takže ionty lithia uvíznou a nemohou procházet baterií.

Metoda úpravy navržená v této studii nejprve doplňuje ionty lithia, takže ionty železa a ionty lithia lze snadno přepnout zpět do svých původních poloh, čímž se obnoví struktura katody. Druhým krokem je použití kyseliny citrónové, která působí jako redukční činidlo k darování elektronů jiné látce. Přenáší elektrony na ionty železa, čímž snižuje jejich kladný náboj. To minimalizuje odpuzování elektronů a brání železným iontům v návratu do jejich původních pozic v krystalové struktuře, přičemž se ionty lithia uvolňují zpět do cyklu.

Zatímco celková spotřeba energie procesu recyklace je nízká, výzkumníci říkají, že je zapotřebí dalšího výzkumu v oblasti logistiky sběru, přepravy a likvidace velkého množství baterií.

“Další výzvou je zjistit, jak optimalizovat tyto logistické procesy.” “To posune naši technologii recyklace o krok blíže k průmyslové aplikaci,” řekl Chen.