Վերամշակման հետ կապված դժվարություններից մեկն այն է, որ նյութի ինքնարժեքը ցածր է, և վերամշակման գործընթացը էժան չէ: Նոր տեխնոլոգիան հուսով է խթանել լիթիումային մարտկոցների վերամշակումը՝ ավելի նվազեցնելով ծախսերը և օգտագործելով էկոլոգիապես մաքուր բաղադրիչներ:

Բուժման նոր տեխնիկան կարող է օգտագործված կաթոդային նյութը վերադարձնել իր սկզբնական վիճակին՝ հետագայում նվազեցնելով վերամշակման ծախսերը: Սան Դիեգոյի Կալիֆոռնիայի համալսարանի նանոինժեներների կողմից մշակված տեխնոլոգիան ավելի էկոլոգիապես մաքուր է, քան ներկայումս օգտագործվող մեթոդները: Այն օգտագործում է ավելի կանաչ հումք, նվազեցնում է էներգիայի սպառումը 80-90 տոկոսով, իսկ ջերմոցային գազերի արտանետումները նվազեցնում է 75 տոկոսով:

Հետազոտողները մանրամասնում են իրենց աշխատանքը նոյեմբերի 12-ին Joule-ում հրապարակված հոդվածում:

Այս տեխնիկան հատկապես իդեալական է լիթիումի երկաթի ֆոսֆատից (LFP) պատրաստված կաթոդների համար: LFP կաթոդային մարտկոցները ավելի էժան են, քան մյուս լիթիումային մարտկոցները, քանի որ դրանք չեն օգտագործում թանկարժեք մետաղներ, ինչպիսիք են կոբալտը կամ նիկելը: LFP մարտկոցները նույնպես ավելի դիմացկուն և անվտանգ են: Նրանք լայնորեն օգտագործվում են էլեկտրական գործիքների, էլեկտրական ավտոբուսների և էլեկտրական ցանցերի մեջ: Tesla Model 3-ն օգտագործում է նաև LFP մարտկոցներ:

«Հաշվի առնելով այս առավելությունները՝ LFP մարտկոցները մրցակցային առավելություն կունենան շուկայում առկա այլ լիթիումային մարտկոցների նկատմամբ», – ասում է Սան Դիեգոյի Կալիֆոռնիայի համալսարանի նանոճարտարագիտության պրոֆեսոր Չժենգ Չենը:

Ինչոր խնդիր կա? «Այս մարտկոցները վերամշակելը ծախսարդյունավետ չէ»: «Դա կանգնած է նույն երկընտրանքի առաջ, ինչ պլաստմասսա. նյութն ինքնին էժան է, բայց այն վերամշակելու եղանակն էժան չէ», – ասաց Չենը:

Չենի և նրա թիմի կողմից մշակված վերամշակման նոր տեխնոլոգիաները կարող են նվազեցնել այդ ծախսերը: Տեխնոլոգիան աշխատում է ցածր ջերմաստիճանի (60-ից 80 աստիճան Ցելսիուս) և շրջակա միջավայրի ճնշման դեպքում, ուստի այն ավելի քիչ էլեկտրաէներգիա է ծախսում, քան մյուս մեթոդները: Բացի այդ, այն քիմիական նյութերը, որոնք օգտագործվում են, ինչպիսիք են լիթիումը, ազոտը, ջուրը և կիտրոնաթթուն, էժան են և մեղմ:

«Վերամշակման ամբողջ գործընթացն իրականացվում է շատ անվտանգ պայմաններում, ուստի մեզ անհրաժեշտ չեն անվտանգության հատուկ միջոցներ կամ հատուկ սարքավորում», – ասում է Պան Սյուն՝ հետազոտության առաջատար հեղինակը և Չենի լաբորատորիայի հետդոկտորական գիտաշխատող: Ահա թե ինչու մեր մարտկոցների վերամշակման ծախսերը ցածր են: »

Նախ, հետազոտողները վերամշակեցին LFP մարտկոցները այնքան ժամանակ, մինչև նրանք կորցրին իրենց պահեստային հզորության կեսը: Հետո նրանք ապամոնտաժեցին մարտկոցը, հավաքեցին դրա կաթոդի փոշին և թաթախեցին լիթիումի աղերի և կիտրոնաթթվի լուծույթում։ Այնուհետև նրանք լուծույթը լվանում էին ջրով և թույլ տալիս, որ փոշին չորանա, նախքան այն տաքացնելը:

Հետազոտողները փոշին օգտագործել են նոր կաթոդներ պատրաստելու համար, որոնք փորձարկվել են Button բջիջներում և քսակ բջիջներում: Նրա էլեկտրաքիմիական հատկությունները, քիմիական բաղադրությունը և կառուցվածքը ամբողջությամբ վերականգնվել են սկզբնական վիճակին։

Քանի որ մարտկոցը շարունակում է վերամշակվել, կաթոդը ենթարկվում է երկու կարևոր կառուցվածքային փոփոխության, որոնք նվազեցնում են դրա կատարումը: Առաջինը լիթիումի իոնների կորուստն է, որոնք դատարկություններ են առաջացնում կաթոդի կառուցվածքում։ Երկրորդ, կառուցվածքային մեկ այլ փոփոխություն տեղի ունեցավ, երբ բյուրեղային կառուցվածքում երկաթի և լիթիումի իոնները փոխանակվեցին տեղերով: Հենց դա տեղի ունենա, իոնները չեն կարող հեշտությամբ հետ անցնել, ուստի լիթիումի իոնները խրվում են և չեն կարող պտտվել մարտկոցի միջով:

Այս հետազոտության մեջ առաջարկված բուժման մեթոդը նախ լրացնում է լիթիումի իոնները, այնպես որ երկաթի իոնները և լիթիումի իոնները հեշտությամբ կարող են վերադարձվել իրենց սկզբնական դիրքերին՝ դրանով իսկ վերականգնելով կաթոդի կառուցվածքը: Երկրորդ քայլը կիտրոնաթթվի օգտագործումն է, որը նվազեցնող նյութ է գործում՝ մեկ այլ նյութի էլեկտրոններ նվիրելու համար: Այն էլեկտրոնները փոխանցում է երկաթի իոններին՝ նվազեցնելով դրանց դրական լիցքը։ Սա նվազագույնի է հասցնում էլեկտրոնի վանումը և թույլ չի տալիս երկաթի իոնները վերադառնալ իրենց սկզբնական դիրքերին բյուրեղային կառուցվածքում՝ միաժամանակ ազատելով լիթիումի իոնները դեպի ցիկլ:

Թեև վերամշակման գործընթացի ընդհանուր էներգիայի սպառումը ցածր է, հետազոտողները ասում են, որ հետագա հետազոտություններ են անհրաժեշտ մեծ քանակությամբ մարտկոցների հավաքման, տեղափոխման և հեռացման լոգիստիկայի վերաբերյալ:

«Հաջորդ մարտահրավերը պարզելն է, թե ինչպես օպտիմալացնել այս լոգիստիկ գործընթացները»: «Սա մեր վերամշակման տեխնոլոգիան մեկ քայլ ավելի կմոտեցնի արդյունաբերական կիրառմանը», – ասաց Չենը: