אחד הקשיים במיחזור הוא שעלות החומר עצמו נמוכה, ותהליך המיחזור אינו זול. טכנולוגיה חדשה מקווה להגביר את המיחזור של סוללות ליתיום על ידי הפחתת עלויות נוספת ושימוש במרכיבים ידידותיים לסביבה.

טכניקת טיפול חדשה יכולה להחזיר חומר קתודה משומש למצבו המקורי, ולהפחית עוד יותר את עלויות המיחזור. פותחה על ידי מהנדסי ננו מאוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו, הטכנולוגיה ידידותית יותר לסביבה מאשר השיטות הנהוגות כיום. הוא משתמש בחומרי גלם ירוקים יותר, מפחית את צריכת האנרגיה ב-80 עד 90 אחוזים ומפחית את פליטת גזי החממה ב-75 אחוזים.

החוקרים מפרטים את עבודתם במאמר שפורסם ב-12 בנובמבר ב-Jole.

טכניקה זו אידיאלית במיוחד עבור קתודות העשויות מפוספט ליתיום ברזל (LFP). סוללות קתודה LFP זולות יותר מסוללות ליתיום אחרות מכיוון שאינן משתמשות במתכות יקרות כמו קובלט או ניקל. סוללות LFP הן גם עמידות ובטוחות יותר. הם נמצאים בשימוש נרחב בכלים חשמליים, אוטובוסים חשמליים ורשתות חשמל. טסלה דגם 3 משתמשת גם בסוללות LFP.

“בהתחשב ביתרונות הללו, לסוללות LFP יהיה יתרון תחרותי על פני סוללות ליתיום אחרות בשוק”, אמר ג’נג צ’ן, פרופסור לננו-הנדסה באוניברסיטת קליפורניה, סן דייגו.

האם יש בעיה כלשהי? “זה לא משתלם למחזר את הסוללות האלה.” “הוא עומד בפני אותה דילמה כמו פלסטיק – החומר עצמו זול, אבל הדרך למחזר אותו אינה זולה”, אמר צ’ן.

טכנולוגיות מיחזור חדשות שפותחו על ידי חן וצוותו עשויות להפחית עלויות אלו. הטכנולוגיה פועלת בטמפרטורות נמוכות (60 עד 80 מעלות צלזיוס) ובלחץ הסביבה, כך שהיא צורכת פחות חשמל משיטות אחרות. בנוסף, הכימיקלים שבהם הוא משתמש, כמו ליתיום, חנקן, מים וחומצת לימון, הם זולים ומתונים.

“כל תהליך המיחזור מתבצע בתנאים בטוחים מאוד, כך שאיננו זקוקים לאמצעי בטיחות מיוחדים או ציוד מיוחד”, אמר פאן שו, המחבר הראשי של המחקר וחוקר פוסט-דוקטורט במעבדה של צ’ן. זו הסיבה שעלויות מיחזור הסוללות שלנו נמוכות. ”

ראשית, החוקרים מיחזרו סוללות LFP עד שאיבדו מחצית מנפח האחסון שלהן. לאחר מכן הם פירקו את הסוללה, אספו את אבקת הקתודה שלה והשרו אותה בתמיסה של מלחי ליתיום וחומצת לימון. לאחר מכן, הם שטפו את התמיסה במים ואפשרו לאבקה להתייבש לפני שחיממו אותה.

החוקרים השתמשו באבקה לייצור קתודות חדשות, שנבדקו בתאי Button ובתאי פאוץ’. הביצועים האלקטרוכימיים, ההרכב הכימי והמבנה שלו משוחזרים לחלוטין למצב המקורי.

ככל שהסוללה ממשיכה להיות ממוחשבת, הקתודה עוברת שני שינויים מבניים חשובים המפחיתים את ביצועיה. הראשון הוא אובדן יוני ליתיום, היוצרים חללים במבנה הקתודה. שנית, שינוי מבני נוסף התרחש כאשר יוני הברזל והליתיום במבנה הגבישי החליפו מקומות. ברגע שזה קורה, היונים לא יכולים לעבור חזרה בקלות, כך שיוני הליתיום נתקעים ולא יכולים לעבור דרך הסוללה.

שיטת הטיפול המוצעת במחקר זה ממלאת תחילה את יוני הליתיום, כך שניתן להחליף בקלות את יוני ברזל ויוני ליתיום בחזרה למקומם המקורי, ובכך לשחזר את מבנה הקתודה. השלב השני הוא שימוש בחומצת לימון, הפועלת כחומר מפחית לתרום אלקטרונים לחומר אחר. הוא מעביר אלקטרונים ליוני הברזל, ומפחית את המטען החיובי שלהם. זה ממזער את דחיית האלקטרונים ומונע מיוני הברזל לחזור למקומם המקורי במבנה הגבישי, תוך שחרור יוני ליתיום בחזרה למחזור.

בעוד שצריכת האנרגיה הכוללת של תהליך המיחזור נמוכה, החוקרים אומרים כי יש צורך במחקר נוסף על הלוגיסטיקה של איסוף, שינוע וסילוק כמויות גדולות של סוללות.

“האתגר הבא הוא להבין כיצד לייעל את התהליכים הלוגיסטיים הללו.” “זה יקרב את טכנולוגיית המיחזור שלנו צעד אחד יותר ליישום תעשייתי”, אמר צ’ן.