En af vanskelighederne ved genbrug er, at prisen på selve materialet er lav, og genanvendelsesprocessen er ikke billig. En ny teknologi håber at øge genanvendelsen af ​​lithiumbatterier ved yderligere at reducere omkostningerne og bruge miljøvenlige ingredienser.

En ny behandlingsteknik kan bringe brugt katodemateriale tilbage til sin oprindelige tilstand, hvilket yderligere reducerer genbrugsomkostningerne. Udviklet af nanoingeniører ved University of California, San Diego, er teknologien mere miljøvenlig end de metoder, der i øjeblikket anvendes. Det bruger grønnere råvarer, reducerer energiforbruget med 80 til 90 procent og reducerer udledningen af ​​drivhusgasser med 75 procent.

Forskerne beskriver deres arbejde i et papir offentliggjort 12. november i Joule.

Denne teknik er især ideel til katoder lavet af lithiumjernfosfat (LFP). LFP katodebatterier er billigere end andre lithiumbatterier, fordi de ikke bruger ædle metaller som kobolt eller nikkel. LFP-batterier er også mere holdbare og sikrere. De er meget udbredt i elværktøj, elbusser og elnet. Tesla Model 3 bruger også LFP-batterier.

“I betragtning af disse fordele vil LFP-batterier have en konkurrencefordel i forhold til andre lithiumbatterier på markedet,” sagde Zheng Chen, professor i nanoteknik ved University of California, San Diego.

Er der noget problem? “Det er ikke omkostningseffektivt at genbruge disse batterier.” “Det står over for det samme dilemma som plastik – selve materialet er billigt, men måden at genbruge det på er ikke billigt,” sagde Chen.

Nye genbrugsteknologier udviklet af Chen og hans team kan reducere disse omkostninger. Teknologien fungerer ved lave temperaturer (60 til 80 grader Celsius) og omgivende tryk, så den bruger mindre strøm end andre metoder. Derudover er de kemikalier, den bruger, som lithium, nitrogen, vand og citronsyre, billige og milde.

“Hele genbrugsprocessen udføres under meget sikre forhold, så vi har ikke brug for særlige sikkerhedsforanstaltninger eller specielt udstyr,” sagde Pan Xu, undersøgelsens hovedforfatter og en postdoc-forsker i Chens laboratorium. Derfor er vores omkostninger til genbrug af batterier lave. ”

For det første genbrugte forskerne LFP-batterier, indtil de mistede halvdelen af ​​deres lagerkapacitet. De adskilte derefter batteriet, samlede dets katodepulver og gennemblødte det i en opløsning af lithiumsalte og citronsyre. Derefter vaskede de opløsningen med vand og lod pulveret tørre, før det blev opvarmet.

Forskerne brugte pulveret til at lave nye katoder, som er blevet testet i knapceller og poseceller. Dens elektrokemiske ydeevne, kemiske sammensætning og struktur er fuldstændig genoprettet til den oprindelige tilstand.

Da batteriet fortsætter med at blive genbrugt, gennemgår katoden to vigtige strukturelle ændringer, der reducerer dens ydeevne. Den første er tabet af lithiumioner, som danner hulrum i katodestrukturen. For det andet skete en anden strukturel ændring, når jern- og lithiumionerne i krystalstrukturen byttede plads. Når det først sker, kan ionerne ikke nemt skifte tilbage, så lithium-ionerne sætter sig fast og kan ikke cykle gennem batteriet.

Den behandlingsmetode, der er foreslået i denne undersøgelse, genopbygger først lithiumioner, så jernioner og lithiumioner let kan skiftes tilbage til deres oprindelige positioner og derved genoprette katodestrukturen. Det andet trin er at bruge citronsyre, der fungerer som et reduktionsmiddel til at donere elektroner til et andet stof. Det overfører elektroner til jernionerne, hvilket reducerer deres positive ladning. Dette minimerer elektronafstødning og forhindrer jernionerne i at vende tilbage til deres oprindelige positioner i krystalstrukturen, samtidig med at lithiumioner frigives tilbage i kredsløbet.

Mens det samlede energiforbrug i genbrugsprocessen er lavt, siger forskerne, at der er behov for yderligere forskning i logistikken ved indsamling, transport og bortskaffelse af store mængder batterier.

“Den næste udfordring er at finde ud af, hvordan man optimerer disse logistiske processer.” “Dette vil bringe vores genbrugsteknologi et skridt tættere på industriel anvendelse,” sagde Chen.