Üks ringlussevõtuga seotud raskusi on see, et materjali enda hind on madal ja ringlussevõtu protsess ei ole odav. Uus tehnoloogia loodab suurendada liitiumakude ringlussevõttu, vähendades veelgi kulusid ja kasutades keskkonnasõbralikke koostisosi.

Uus töötlemistehnika võib tagastada kasutatud katoodmaterjali algsesse olekusse, vähendades veelgi ringlussevõtu kulusid. San Diego California ülikooli nanoinseneride poolt välja töötatud tehnoloogia on keskkonnasõbralikum kui praegu kasutatavad meetodid. See kasutab rohelisemaid tooraineid, vähendab energiatarbimist 80–90 protsenti ja kasvuhoonegaaside heitkoguseid 75 protsenti.

Teadlased kirjeldavad oma tööd 12. novembril Joule’is avaldatud artiklis.

See tehnika sobib eriti hästi liitiumraudfosfaadist (LFP) valmistatud katoodide jaoks. LFP katoodpatareid on odavamad kui teised liitiumakud, kuna need ei kasuta väärismetalle nagu koobalt või niklit. LFP akud on ka vastupidavamad ja ohutumad. Neid kasutatakse laialdaselt elektritööriistades, elektribussides ja elektrivõrkudes. Tesla Model 3 kasutab ka LFP akusid.

“Arvestades neid eeliseid, on LFP akudel konkurentsieelis teiste turul olevate liitiumpatareide ees,” ütles California ülikooli San Diego nanotehnoloogia professor Zheng Chen.

On siin probleeme? “Nende akude ringlussevõtt ei ole kulutõhus.” “See seisab silmitsi sama dilemmaga nagu plast – materjal ise on odav, kuid selle taaskasutamise viis pole odav,” ütles Chen.

Cheni ja tema meeskonna välja töötatud uued ringlussevõtu tehnoloogiad võivad neid kulusid vähendada. Tehnoloogia töötab madalatel temperatuuridel (60 kuni 80 kraadi Celsiuse järgi) ja välisrõhul, seega tarbib see vähem elektrit kui teised meetodid. Lisaks on selles kasutatavad kemikaalid, nagu liitium, lämmastik, vesi ja sidrunhape, odavad ja leebed.

“Kogu ringlussevõtu protsess viiakse läbi väga ohututes tingimustes, nii et me ei vaja erilisi ohutusmeetmeid ega erivarustust,” ütles Pan Xu, uuringu juhtiv autor ja Cheni labori järeldoktor. Seetõttu on meie akude ringlussevõtu kulud madalad. ”

Esiteks taaskasutasid teadlased LFP akusid, kuni nad kaotasid poole oma mälumahust. Seejärel võtsid nad aku lahti, kogusid selle katoodpulbri ja leotasid seda liitiumisoolade ja sidrunhappe lahuses. Seejärel pesti lahust veega ja lasi pulbril enne kuumutamist kuivada.

Teadlased kasutasid pulbrit uute katoodide valmistamiseks, mida on testitud nööpelementides ja kottelementides. Selle elektrokeemiline jõudlus, keemiline koostis ja struktuur on täielikult taastatud algsesse olekusse.

Kuna aku ringlussevõtt jätkub, tehakse katoodil kaks olulist struktuurimuutust, mis vähendavad selle jõudlust. Esimene on liitiumioonide kadu, mis moodustavad katoodi struktuuris tühimikud. Teiseks toimus veel üks struktuurimuutus, kui kristallstruktuuris olevad raua- ja liitiumioonid vahetasid kohti. Kui see juhtub, ei saa ioonid kergesti tagasi lülituda, mistõttu liitiumioonid takerduvad ega saa akut läbida.

Selles uuringus pakutud töötlemismeetod täiendab esiteks liitiumioone, nii et rauaioone ja liitiumioone saab hõlpsasti tagasi oma algsesse asendisse lülitada, taastades seeläbi katoodi struktuuri. Teiseks sammuks on kasutada sidrunhapet, mis toimib redutseerijana elektronide loovutamiseks teisele ainele. See kannab elektronid üle raua ioonidele, vähendades nende positiivset laengut. See minimeerib elektronide tõrjumist ja takistab raua ioonide naasmist oma algsesse asendisse kristallstruktuuris, vabastades samal ajal liitiumioonid tagasi tsüklisse.

Kuigi ringlussevõtuprotsessi üldine energiatarbimine on madal, on teadlaste sõnul vaja täiendavaid uuringuid suurte patareide kogumise, transportimise ja kõrvaldamise logistika kohta.

“Järgmine väljakutse on välja mõelda, kuidas neid logistilisi protsesse optimeerida.” “See toob meie ringlussevõtu tehnoloogia tööstuslikule rakendusele sammu võrra lähemale, ” ütles Chen.