Az újrahasznosítás egyik nehézsége, hogy magának az anyagnak a költsége alacsony, és az újrahasznosítási eljárás sem olcsó. Egy új technológia azt reméli, hogy a költségek további csökkentésével és környezetbarát összetevők használatával fellendíti a lítium akkumulátorok újrahasznosítását.

Egy új kezelési technika visszaállíthatja a használt katódanyagot az eredeti állapotába, tovább csökkentve az újrahasznosítási költségeket. A San Diego-i Kaliforniai Egyetem nanomérnökei által kifejlesztett technológia környezetbarátabb, mint a jelenleg használt módszerek. Zöldebb nyersanyagokat használ, 80-90 százalékkal csökkenti az energiafogyasztást, és 75 százalékkal csökkenti az üvegházhatású gázok kibocsátását.

A kutatók a Joule-ban november 12-én megjelent cikkben részletezik munkájukat.

Ez a technika különösen ideális lítium-vas-foszfátból (LFP) készült katódokhoz. Az LFP katód akkumulátorok olcsóbbak, mint a többi lítium akkumulátor, mivel nem használnak nemesfémeket, például kobaltot vagy nikkelt. Az LFP akkumulátorok tartósabbak és biztonságosabbak is. Széles körben használják elektromos szerszámokban, elektromos buszokban és elektromos hálózatokban. A Tesla Model 3 is LFP akkumulátorokat használ.

„Tekintettel ezekre az előnyökre, az LFP akkumulátorok versenyelőnyben lesznek a piacon lévő többi lítium akkumulátorral szemben” – mondta Zheng Chen, a San Diego-i Kaliforniai Egyetem nanomérnöki professzora.

valami gond van? „Nem költséghatékony újrahasznosítani ezeket az akkumulátorokat.” „Ugyanaz a dilemma előtt áll, mint a műanyagok – maga az anyag olcsó, de az újrahasznosítás módja nem olcsó” – mondta Chen.

A Chen és csapata által kifejlesztett új újrahasznosítási technológiák csökkenthetik ezeket a költségeket. A technológia alacsony hőmérsékleten (60-80 Celsius fok) és környezeti nyomáson működik, így kevesebb áramot fogyaszt, mint más módszerek. Ráadásul az általa használt vegyszerek, mint például a lítium, a nitrogén, a víz és a citromsav, olcsók és enyhék.

“A teljes újrahasznosítási folyamat nagyon biztonságos körülmények között zajlik, így nincs szükségünk semmilyen különleges biztonsági intézkedésre vagy speciális felszerelésre” – mondta Pan Xu, a tanulmány vezető szerzője és Chen laboratóriumának posztdoktori kutatója. Ezért alacsonyak az akkumulátor-újrahasznosítási költségeink. ”

Először is, a kutatók újrahasznosították az LFP akkumulátorokat, amíg el nem veszítették tárolókapacitásuk felét. Ezután szétszedték az akkumulátort, összegyűjtötték a katódporát, és lítium sók és citromsav oldatába áztatták. Ezután az oldatot vízzel mostuk, és melegítés előtt hagytuk megszáradni.

A kutatók a porból új katódokat készítettek, amelyeket gombelemekben és tasakcellákban teszteltek. Elektrokémiai teljesítménye, kémiai összetétele és szerkezete teljesen visszaáll az eredeti állapotba.

Ahogy az akkumulátort folyamatosan újrahasznosítják, a katód két fontos szerkezeti változáson megy keresztül, amelyek csökkentik a teljesítményét. Az első a lítium-ionok elvesztése, amelyek üregeket képeznek a katód szerkezetében. Másodszor, egy másik szerkezeti változás következett be, amikor a vas- és lítium-ionok a kristályszerkezetben helyet cseréltek. Ha ez megtörténik, az ionok nem tudnak könnyen visszaváltani, így a lítium-ionok elakadnak, és nem tudnak áthaladni az akkumulátoron.

A jelen tanulmányban javasolt kezelési módszer elsősorban a lítiumionokat pótolja, így a vasionok és a lítiumionok könnyen visszaállíthatók eredeti helyzetükbe, ezzel helyreállítva a katód szerkezetét. A második lépésben citromsavat használnak, amely redukálószerként elektronokat ad át egy másik anyagnak. Elektronokat ad át a vasionoknak, csökkentve azok pozitív töltését. Ez minimalizálja az elektrontaszítást, és megakadályozza, hogy a vasionok visszatérjenek eredeti helyzetükbe a kristályszerkezetben, miközben a lítium-ionokat visszaengedik a ciklusba.

Míg az újrahasznosítási folyamat általános energiafogyasztása alacsony, a kutatók szerint további kutatásokra van szükség a nagy mennyiségű akkumulátor begyűjtésének, szállításának és ártalmatlanításának logisztikáját illetően.

„A következő kihívás az, hogy kitaláljuk, hogyan optimalizálhatjuk ezeket a logisztikai folyamatokat.” “Ez egy lépéssel közelebb viszi újrahasznosítási technológiánkat az ipari alkalmazáshoz” – mondta Chen.