Jedna od poteškoća s recikliranjem je ta što je cijena samog materijala niska, a proces recikliranja nije jeftin. Nova tehnologija se nada da će potaknuti recikliranje litijevih baterija daljnjim smanjenjem troškova i korištenjem ekološki prihvatljivih sastojaka.

Nova tehnika obrade može vratiti korišteni katodni materijal u prvobitno stanje, dodatno smanjujući troškove recikliranja. Tehnologija koju su razvili nanoinženjeri na Kalifornijskom sveučilištu u San Diegu, ekološki je prihvatljivija od metoda koje se trenutno koriste. Koristi zelenije sirovine, smanjuje potrošnju energije za 80 do 90 posto, a emisiju stakleničkih plinova smanjuje za 75 posto.

Istraživači detaljno opisuju svoj rad u radu objavljenom 12. studenog u Jouleu.

Ova tehnika je posebno idealna za katode izrađene od litij željeznog fosfata (LFP). LFP katodne baterije su jeftinije od ostalih litijevih baterija jer ne koriste plemenite metale poput kobalta ili nikla. LFP baterije su također izdržljivije i sigurnije. Široko se koriste u električnim alatima, električnim autobusima i električnim mrežama. Tesla Model 3 također koristi LFP baterije.

“Uzimajući u obzir ove prednosti, LFP baterije će imati konkurentsku prednost u odnosu na druge litijeve baterije na tržištu”, rekao je Zheng Chen, profesor nanoinženjeringa na Sveučilištu California, San Diego.

Ima li problema? “Nije isplativo reciklirati te baterije.” “Suočava se s istom dilemom kao i plastika – materijal je sam po sebi jeftin, ali način na koji se reciklira nije jeftin”, rekao je Chen.

Nove tehnologije recikliranja koje su razvili Chen i njegov tim mogle bi smanjiti te troškove. Tehnologija radi na niskim temperaturama (60 do 80 stupnjeva Celzija) i tlaku okoline, pa troši manje električne energije od ostalih metoda. Osim toga, kemikalije koje koristi, poput litija, dušika, vode i limunske kiseline, jeftine su i blage.

“Cijeli proces recikliranja provodi se u vrlo sigurnim uvjetima, tako da nam nisu potrebne nikakve posebne sigurnosne mjere ili posebna oprema”, rekao je Pan Xu, glavni autor studije i postdoktorski istraživač u Chenovom laboratoriju. Zato su naši troškovi recikliranja baterija niski. ”

Prvo su istraživači reciklirali LFP baterije sve dok nisu izgubile polovicu svog kapaciteta za pohranu. Zatim su rastavili bateriju, sakupili njen katodni prah i natopili je otopinom litijevih soli i limunske kiseline. Zatim su otopinu isprali vodom i pustili da se prah osuši prije zagrijavanja.

Istraživači su koristili prah za izradu novih katoda, koje su testirane u Button stanicama i stanicama vrećice. Njegove elektrokemijske performanse, kemijski sastav i struktura potpuno su vraćeni u izvorno stanje.

Kako se baterija nastavlja reciklirati, katoda prolazi kroz dvije važne strukturne promjene koje smanjuju njezinu učinkovitost. Prvi je gubitak litijevih iona, koji stvaraju praznine u strukturi katode. Drugo, dogodila se još jedna strukturna promjena kada su ioni željeza i litija u kristalnoj strukturi zamijenili mjesta. Kada se to dogodi, ioni se ne mogu lako prebaciti natrag, pa se litijevi ioni zaglave i ne mogu kružiti kroz bateriju.

Metoda tretmana predložena u ovoj studiji prvo nadopunjuje litijeve ione, tako da se željezni ioni i litijevi ioni mogu lako vratiti u svoje izvorne položaje, čime se vraća struktura katode. Drugi korak je korištenje limunske kiseline, koja djeluje kao redukcijsko sredstvo za doniranje elektrona drugoj tvari. On prenosi elektrone na ione željeza, smanjujući njihov pozitivan naboj. To minimizira odbijanje elektrona i sprječava da se ioni željeza vrate na svoje izvorne položaje u kristalnoj strukturi, dok se litijevi ioni vraćaju u ciklus.

Iako je ukupna potrošnja energije u procesu recikliranja niska, istraživači kažu da su potrebna daljnja istraživanja o logistici prikupljanja, transporta i odlaganja velikih količina baterija.

“Sljedeći izazov je shvatiti kako optimizirati ove logističke procese.” “Ovo će našu tehnologiju recikliranja približiti za jedan korak industrijskoj primjeni”, rekao je Chen.