Μία από τις δυσκολίες με την ανακύκλωση είναι ότι το κόστος του ίδιου του υλικού είναι χαμηλό και η διαδικασία ανακύκλωσης δεν είναι φθηνή. Μια νέα τεχνολογία ελπίζει να ενισχύσει την ανακύκλωση των μπαταριών λιθίου μειώνοντας περαιτέρω το κόστος και χρησιμοποιώντας φιλικά προς το περιβάλλον συστατικά.

Μια νέα τεχνική επεξεργασίας μπορεί να επαναφέρει το χρησιμοποιημένο υλικό καθόδου στην αρχική του κατάσταση, μειώνοντας περαιτέρω το κόστος ανακύκλωσης. Αναπτύχθηκε από νανομηχανικούς στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο, η τεχνολογία είναι πιο φιλική προς το περιβάλλον από τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται σήμερα. Χρησιμοποιεί πιο πράσινες πρώτες ύλες, μειώνει την κατανάλωση ενέργειας κατά 80 έως 90 τοις εκατό και μειώνει τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου κατά 75 τοις εκατό.

Οι ερευνητές περιγράφουν λεπτομερώς τη δουλειά τους σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε στις 12 Νοεμβρίου στο Joule.

Αυτή η τεχνική είναι ιδιαίτερα ιδανική για καθόδους από φωσφορικό σίδηρο λιθίου (LFP). Οι μπαταρίες καθόδου LFP είναι φθηνότερες από άλλες μπαταρίες λιθίου επειδή δεν χρησιμοποιούν πολύτιμα μέταλλα όπως το κοβάλτιο ή το νικέλιο. Οι μπαταρίες LFP είναι επίσης πιο ανθεκτικές και ασφαλέστερες. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε ηλεκτρικά εργαλεία, ηλεκτρικά λεωφορεία και ηλεκτρικά δίκτυα. Το Tesla Model 3 χρησιμοποιεί επίσης μπαταρίες LFP.

“Λαμβάνοντας υπόψη αυτά τα πλεονεκτήματα, οι μπαταρίες LFP θα έχουν ανταγωνιστικό πλεονέκτημα έναντι άλλων μπαταριών λιθίου στην αγορά”, δήλωσε ο Zheng Chen, καθηγητής νανομηχανικής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο.

Υπάρχει κάποιο πρόβλημα? «Δεν είναι οικονομικά αποδοτικό να ανακυκλώνουμε αυτές τις μπαταρίες». «Αντιμετωπίζει το ίδιο δίλημμα με τα πλαστικά – το ίδιο το υλικό είναι φθηνό, αλλά ο τρόπος ανακύκλωσής του δεν είναι φθηνός», είπε ο Τσεν.

Οι νέες τεχνολογίες ανακύκλωσης που αναπτύχθηκαν από τον Chen και την ομάδα του θα μπορούσαν να μειώσουν αυτό το κόστος. Η τεχνολογία λειτουργεί σε χαμηλές θερμοκρασίες (60 έως 80 βαθμούς Κελσίου) και πίεση περιβάλλοντος, επομένως καταναλώνει λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια από άλλες μεθόδους. Επιπλέον, οι χημικές ουσίες που χρησιμοποιεί, όπως το λίθιο, το άζωτο, το νερό και το κιτρικό οξύ, είναι φθηνές και ήπιες.

«Ολόκληρη η διαδικασία ανακύκλωσης πραγματοποιείται υπό πολύ ασφαλείς συνθήκες, επομένως δεν χρειαζόμαστε ειδικά μέτρα ασφαλείας ή ειδικό εξοπλισμό», δήλωσε ο Pan Xu, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης και μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο του Chen. Γι’ αυτό το κόστος ανακύκλωσης μπαταριών είναι χαμηλό. ”

Πρώτον, οι ερευνητές ανακύκλωσαν τις μπαταρίες LFP μέχρι να χάσουν το ήμισυ της χωρητικότητας αποθήκευσης. Στη συνέχεια αποσυναρμολόγησαν την μπαταρία, συνέλεξαν τη σκόνη καθόδου της και την μούλιασαν σε διάλυμα αλάτων λιθίου και κιτρικού οξέος. Στη συνέχεια, έπλυναν το διάλυμα με νερό και άφησαν τη σκόνη να στεγνώσει πριν τη θερμάνουν.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη σκόνη για να φτιάξουν νέες καθόδους, οι οποίες έχουν δοκιμαστεί σε κύτταρα Button και κελιά σακουλών. Η ηλεκτροχημική του απόδοση, η χημική του σύνθεση και η δομή του έχουν αποκατασταθεί πλήρως στην αρχική του κατάσταση.

Καθώς η μπαταρία συνεχίζει να ανακυκλώνεται, η κάθοδος υφίσταται δύο σημαντικές δομικές αλλαγές που μειώνουν την απόδοσή της. Το πρώτο είναι η απώλεια ιόντων λιθίου, τα οποία σχηματίζουν κενά στη δομή της καθόδου. Δεύτερον, μια άλλη δομική αλλαγή συνέβη όταν τα ιόντα σιδήρου και λιθίου στην κρυσταλλική δομή αντάλλαξαν θέσεις. Μόλις συμβεί αυτό, τα ιόντα δεν μπορούν εύκολα να επιστρέψουν, έτσι τα ιόντα λιθίου κολλάνε και δεν μπορούν να περάσουν από την μπαταρία.

Η μέθοδος επεξεργασίας που προτείνεται σε αυτή τη μελέτη αρχικά αναπληρώνει τα ιόντα λιθίου, έτσι ώστε τα ιόντα σιδήρου και τα ιόντα λιθίου να μπορούν εύκολα να επανέλθουν στην αρχική τους θέση, αποκαθιστώντας έτσι τη δομή της καθόδου. Το δεύτερο βήμα είναι η χρήση κιτρικού οξέος, το οποίο δρα ως αναγωγικός παράγοντας για τη δωρεά ηλεκτρονίων σε άλλη ουσία. Μεταφέρει ηλεκτρόνια στα ιόντα σιδήρου, μειώνοντας το θετικό τους φορτίο. Αυτό ελαχιστοποιεί την απώθηση ηλεκτρονίων και εμποδίζει τα ιόντα σιδήρου να επιστρέψουν στην αρχική τους θέση στην κρυσταλλική δομή, ενώ απελευθερώνονται ιόντα λιθίου πίσω στον κύκλο.

Ενώ η συνολική κατανάλωση ενέργειας της διαδικασίας ανακύκλωσης είναι χαμηλή, οι ερευνητές λένε ότι απαιτείται περαιτέρω έρευνα σχετικά με την επιμελητεία της συλλογής, μεταφοράς και απόρριψης μεγάλων ποσοτήτων μπαταριών.

«Η επόμενη πρόκληση είναι να καταλάβουμε πώς να βελτιστοποιήσουμε αυτές τις υλικοτεχνικές διαδικασίες». «Αυτό θα φέρει την τεχνολογία ανακύκλωσής μας ένα βήμα πιο κοντά στη βιομηχανική εφαρμογή», ​​είπε ο Chen.