یکی از مشکلات بازیافت این است که هزینه خود مواد کم است و فرآیند بازیافت ارزان نیست. یک فناوری جدید امیدوار است با کاهش بیشتر هزینه ها و استفاده از مواد سازگار با محیط زیست، بازیافت باتری های لیتیومی را تقویت کند.

یک روش درمانی جدید می تواند مواد کاتد استفاده شده را به حالت اولیه خود بازگرداند و هزینه های بازیافت را بیشتر کاهش دهد. این فناوری که توسط مهندسان نانو در دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو توسعه یافته است، نسبت به روش‌هایی که در حال حاضر استفاده می‌شود، سازگارتر با محیط زیست است. از مواد خام سبزتر استفاده می کند، مصرف انرژی را 80 تا 90 درصد کاهش می دهد و انتشار گازهای گلخانه ای را تا 75 درصد کاهش می دهد.

محققان جزئیات کار خود را در مقاله ای که در 12 نوامبر در Joule منتشر شد، شرح می دهند.

این تکنیک به ویژه برای کاتدهای ساخته شده از فسفات آهن لیتیوم (LFP) ایده آل است. باتری های کاتدی LFP نسبت به سایر باتری های لیتیومی ارزان تر هستند زیرا از فلزات گرانبها مانند کبالت یا نیکل استفاده نمی کنند. باتری های LFP نیز بادوام تر و ایمن تر هستند. آنها به طور گسترده در ابزارهای برقی، اتوبوس های برقی و شبکه های برق استفاده می شوند. تسلا مدل 3 نیز از باتری های LFP استفاده می کند.

ژنگ چن، استاد مهندسی نانو در دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، گفت: با توجه به این مزایا، باتری‌های LFP نسبت به سایر باتری‌های لیتیومی در بازار مزیت رقابتی خواهند داشت.

مشکلی هست؟ بازیافت این باتری ها مقرون به صرفه نیست. چن گفت: «این ماده با همان معضل پلاستیک مواجه است – خود مواد ارزان است، اما روش بازیافت آن ارزان نیست.

فن آوری های بازیافت جدید توسعه یافته توسط چن و تیمش می تواند این هزینه ها را کاهش دهد. این فناوری در دماهای پایین (60 تا 80 درجه سانتیگراد) و فشار محیط کار می کند، بنابراین نسبت به روش های دیگر برق کمتری مصرف می کند. به علاوه، مواد شیمیایی که مورد استفاده قرار می گیرد، مانند لیتیوم، نیتروژن، آب و اسید سیتریک، ارزان و ملایم هستند.

Pan Xu، نویسنده اصلی این مطالعه و محقق فوق دکترا در آزمایشگاه Chen، گفت: “کل فرآیند بازیافت تحت شرایط بسیار ایمن انجام می شود، بنابراین ما به هیچ گونه اقدامات ایمنی یا تجهیزات خاصی نیاز نداریم.” به همین دلیل است که هزینه های بازیافت باتری ما پایین است. ”

ابتدا، محققان باتری های LFP را بازیافت کردند تا زمانی که نیمی از ظرفیت ذخیره سازی خود را از دست دادند. سپس باتری را جدا کردند، پودر کاتد آن را جمع آوری کردند و آن را در محلولی از نمک های لیتیوم و اسید سیتریک خیس کردند. سپس محلول را با آب شسته و اجازه دادند پودر قبل از حرارت دادن خشک شود.

محققان از این پودر برای ساخت کاتدهای جدید استفاده کردند که در سلول های Button و سلول های کیسه ای آزمایش شده است. عملکرد الکتروشیمیایی، ترکیب شیمیایی و ساختار آن به طور کامل به حالت اولیه بازیابی شده است.

با ادامه بازیافت باتری، کاتد دستخوش دو تغییر ساختاری مهم می شود که عملکرد آن را کاهش می دهد. اولین مورد از بین رفتن یون های لیتیوم است که در ساختار کاتد حفره ایجاد می کند. دوم، تغییر ساختاری دیگری زمانی رخ داد که یون‌های آهن و لیتیوم در ساختار کریستالی با یکدیگر تبادل کردند. هنگامی که این اتفاق می افتد، یون ها نمی توانند به راحتی به عقب برگردند، بنابراین یون های لیتیوم گیر می کنند و نمی توانند در باتری بچرخند.

روش درمانی پیشنهاد شده در این مطالعه ابتدا یون‌های لیتیوم را دوباره پر می‌کند، به طوری که یون‌های آهن و یون‌های لیتیوم را می‌توان به راحتی به موقعیت اصلی خود بازگرداند و در نتیجه ساختار کاتد را بازیابی کرد. مرحله دوم استفاده از اسید سیتریک است که به عنوان یک عامل کاهنده برای اهدای الکترون به ماده دیگر عمل می کند. الکترون ها را به یون های آهن منتقل می کند و بار مثبت آنها را کاهش می دهد. این امر دافعه الکترون را به حداقل می رساند و از بازگشت یون های آهن به موقعیت اصلی خود در ساختار کریستالی جلوگیری می کند، در حالی که یون های لیتیوم را دوباره به چرخه آزاد می کند.

در حالی که مصرف کلی انرژی در فرآیند بازیافت کم است، محققان می گویند تحقیقات بیشتری در مورد لجستیک جمع آوری، حمل و نقل و دفع مقادیر زیادی باتری مورد نیاز است.

“چالش بعدی این است که بفهمیم چگونه این فرآیندهای لجستیکی را بهینه کنیم.” چن گفت: «این فناوری بازیافت ما را یک قدم به کاربرد صنعتی نزدیک‌تر می‌کند.