リサイクルの難しさのXNUMXつは、材料自体のコストが低く、リサイクルプロセスが安くないことです。 新技術は、コストをさらに削減し、環境に優しい原料を使用することで、リチウム電池のリサイクルを促進することを望んでいます。

新しい処理技術により、使用済みのカソード材料を元の状態に戻すことができ、リサイクルコストをさらに削減できます。 カリフォルニア大学サンディエゴ校のナノエンジニアによって開発されたこの技術は、現在使用されている方法よりも環境にやさしい技術です。 より環境に配慮した原材料を使用し、エネルギー消費量を80〜90％削減し、温室効果ガス排出量を75％削減します。

研究者たちは、12月XNUMX日にジュールで発表された論文で彼らの研究を詳述しています。

この技術は、リン酸鉄リチウム（LFP）で作られたカソードに特に理想的です。 LFPカソード電池は、コバルトやニッケルなどの貴金属を使用していないため、他のリチウム電池よりも安価です。 LFPバッテリーは、より耐久性があり、より安全です。 それらは、動力工具、電気バス、および電力網で広く使用されています。 テスラモデル3もLFPバッテリーを使用しています。

「これらの利点を考慮すると、LFPバッテリーは、市場に出回っている他のリチウムバッテリーよりも競争上の優位性があります」と、カリフォルニア大学サンディエゴ校のナノエンジニアリング教授であるZhengChen氏は述べています。

何か問題ある？ 「これらのバッテリーをリサイクルすることは費用効果が高くありません。」 「プラスチックと同じジレンマに直面しています。材料自体は安価ですが、リサイクルの方法は安価ではありません」とチェン氏は述べています。

Chenと彼のチームによって開発された新しいリサイクル技術は、これらのコストを削減する可能性があります。 この技術は、低温（摂氏60〜80度）および周囲圧力で機能するため、他の方法よりも消費電力が少なくなります。 さらに、リチウム、窒素、水、クエン酸など、使用する化学物質は安価でマイルドです。

「リサイクルプロセス全体が非常に安全な条件下で行われるため、特別な安全対策や特別な機器は必要ありません」と、研究の筆頭著者であり、Chenの研究室のポスドク研究者であるPanXu氏は述べています。 そのため、バッテリーのリサイクルコストは低くなっています。 」

まず、研究者たちは、ストレージ容量の半分が失われるまでLFPバッテリーをリサイクルしました。 次に、バッテリーを分解し、カソード粉末を収集し、リチウム塩とクエン酸の溶液に浸しました。 次に、溶液を水で洗浄し、粉末を乾燥させてから加熱しました。

研究者たちは、ボタン電池とポーチ電池でテストされた新しい陰極を作るために粉末を使用しました。 その電気化学的性能、化学組成および構造は完全に元の状態に復元されます。

バッテリーがリサイクルされ続けると、カソードはその性能を低下させるXNUMXつの重要な構造変化を受けます。 XNUMXつ目は、カソード構造にボイドを形成するリチウムイオンの損失です。 第二に、結晶構造内の鉄イオンとリチウムイオンが場所を交換したときに、別の構造変化が発生しました。 それが起こると、イオンは簡単に元に戻すことができないため、リチウムイオンがスタックし、バッテリーを循環できなくなります。

本研究で提案する処理方法は、まずリチウムイオンを補充することで、鉄イオンとリチウムイオンを簡単に元の位置に戻すことができ、カソード構造を復元することができます。 XNUMX番目のステップは、別の物質に電子を提供するための還元剤として機能するクエン酸を使用することです。 電子を鉄イオンに移動させ、正電荷を減らします。 これにより、電子の反発が最小限に抑えられ、鉄イオンが結晶構造内の元の位置に戻るのを防ぎ、リチウムイオンをサイクルに戻します。

リサイクルプロセスの全体的なエネルギー消費量は少ないですが、研究者たちは、大量のバッテリーの収集、輸送、廃棄のロジスティクスについてさらなる研究が必要であると述べています。

「次の課題は、これらのロジスティクスプロセスを最適化する方法を理解することです。」 「これにより、当社のリサイクル技術が産業用途に一歩近づきます」とチェン氏は述べています。