Қайта өңдеу кезіндегі қиындықтардың бірі материалдың өзіндік құнының төмендігі, ал қайта өңдеу процесі арзан емес. Жаңа технология шығындарды одан әрі азайту және экологиялық таза ингредиенттерді пайдалану арқылы литий батареяларын қайта өңдеуді арттыруға үміттенеді.

Жаңа өңдеу әдісі пайдаланылған катодты материалды бастапқы күйіне қайтарып, қайта өңдеу шығындарын одан әрі азайтады. Сан-Диегодағы Калифорния университетінің наноинженерлерімен әзірленген технология қазіргі уақытта қолданылатын әдістерге қарағанда экологиялық таза. Ол жасыл шикізатты пайдаланады, энергия тұтынуды 80-90 пайызға азайтады және парниктік газдар шығарындыларын 75 пайызға азайтады.

Зерттеушілер Джоульде 12 қарашада жарияланған қағазда өз жұмыстарын егжей-тегжейлі баяндайды.

Бұл әдіс әсіресе литий темір фосфатынан (LFP) жасалған катодтар үшін өте қолайлы. LFP катодты батареялары басқа литий батареяларына қарағанда арзанырақ, өйткені олар кобальт немесе никель сияқты қымбат металдарды пайдаланбайды. LFP батареялары да ұзақ және қауіпсіз. Олар электр құралдарында, электр автобустарында және электр желілерінде кеңінен қолданылады. Tesla Model 3 LFP батареяларын да пайдаланады.

«Осы артықшылықтарды ескере отырып, LFP батареялары нарықтағы басқа литий батареяларына қарағанда бәсекелестік артықшылыққа ие болады», – деді Чжэн Чен, Сан-Диегодағы Калифорния университетінің наноинженерия профессоры.

Қандай да бір проблема бар ма? «Бұл батареяларды қайта өңдеу үнемді емес». «Ол пластмасса сияқты дилеммаға тап болады – материалдың өзі арзан, бірақ оны қайта өңдеу арзан емес», – деді Чен.

Чен мен оның командасы әзірлеген қайта өңдеудің жаңа технологиялары бұл шығындарды азайта алады. Технология төмен температурада (60-тан 80 градусқа дейін) және қоршаған орта қысымында жұмыс істейді, сондықтан ол басқа әдістерге қарағанда электр энергиясын аз тұтынады. Сонымен қатар, ол қолданатын литий, азот, су және лимон қышқылы сияқты химиялық заттар арзан және жұмсақ.

«Бүкіл қайта өңдеу процесі өте қауіпсіз жағдайларда жүзеге асырылады, сондықтан бізге арнайы қауіпсіздік шаралары немесе арнайы жабдық қажет емес», – деді Пан Сю, зерттеудің жетекші авторы және Чен зертханасындағы постдокторлық зерттеуші. Сондықтан батареяларды қайта өңдеуге кететін шығындарымыз төмен. »

Біріншіден, зерттеушілер LFP батареяларын сақтау сыйымдылығының жартысын жоғалтқанша қайта өңдеді. Содан кейін олар аккумуляторды бөлшектеп, оның катод ұнтағын жинап, литий тұздары мен лимон қышқылының ерітіндісіне батырды. Содан кейін олар ерітіндіні сумен жуып, оны қыздырмас бұрын ұнтақты кептірді.

Зерттеушілер ұнтақты жаңа катодтар жасау үшін пайдаланды, олар Button жасушаларында және қапшық жасушаларында сыналған. Оның электрохимиялық көрсеткіштері, химиялық құрамы мен құрылымы бастапқы күйіне толығымен қалпына келтірілді.

Батареяның қайта өңделуі жалғасуда, катод оның өнімділігін төмендететін екі маңызды құрылымдық өзгерістерге ұшырайды. Біріншісі – катод құрылымында бос орындар түзетін литий иондарының жоғалуы. Екіншіден, кристалдық құрылымдағы темір мен литий иондарының орнын ауыстырған кезде тағы бір құрылымдық өзгеріс орын алды. Бұл орын алғаннан кейін иондар оңай ауыса алмайды, сондықтан литий иондары кептеліп қалады және батареяны айналдыра алмайды.

Бұл зерттеуде ұсынылған емдеу әдісі біріншіден литий иондарын толтырады, осылайша темір иондары мен литий иондары бастапқы орындарына оңай ауысады, осылайша катод құрылымын қалпына келтіреді. Екінші қадам – ​​электрондарды басқа затқа беру үшін қалпына келтіретін агент ретінде әрекет ететін лимон қышқылын пайдалану. Ол электрондарды темір иондарына тасымалдап, олардың оң зарядын азайтады. Бұл электрондардың итерілуін азайтады және темір иондарының кристалдық құрылымдағы бастапқы орындарына оралуына жол бермейді, сонымен бірге литий иондарын циклге қайтарады.

Қайта өңдеу процесінің жалпы энергия тұтынуы төмен болғанымен, зерттеушілер үлкен көлемдегі батареяларды жинау, тасымалдау және кәдеге жарату логистикасы бойынша қосымша зерттеулер қажет дейді.

«Келесі мәселе – бұл логистикалық процестерді қалай оңтайландыру керектігін анықтау». «Бұл қайта өңдеу технологиямызды өнеркәсіптік қолдануға бір қадам жақындатады», – деді Чен.