재활용의 어려움 중 하나는 재료 자체의 비용이 저렴하고 재활용 프로세스가 저렴하지 않다는 것입니다. 새로운 기술은 비용을 더욱 절감하고 친환경적인 재료를 사용하여 리튬 배터리의 재활용을 촉진하기를 희망합니다.

새로운 처리 기술은 사용한 양극 재료를 원래 상태로 되돌릴 수 있어 재활용 비용을 더욱 절감할 수 있습니다. 캘리포니아 대학 샌디에이고의 나노공학자들에 의해 개발된 이 기술은 현재 사용되는 방법보다 환경 친화적입니다. 더 친환경적인 원료를 사용하고 에너지 소비를 80~90% 줄이며 온실 가스 배출량을 75% 줄입니다.

연구원들은 12월 XNUMX일 Joule에 발표된 논문에서 그들의 작업을 자세히 설명합니다.

이 기술은 리튬 인산철(LFP)로 만들어진 음극에 특히 이상적입니다. LFP 양극 전지는 코발트나 니켈과 같은 귀금속을 사용하지 않기 때문에 다른 리튬 전지에 비해 가격이 저렴합니다. LFP 배터리는 또한 더 내구성 있고 안전합니다. 그들은 전동 공구, 전기 버스 및 전력망에 널리 사용됩니다. Tesla Model 3도 LFP 배터리를 사용합니다.

“이러한 장점을 고려할 때 LFP 배터리는 시장에 나와 있는 다른 리튬 배터리에 비해 경쟁 우위를 가질 것”이라고 샌디에이고에 있는 캘리포니아 대학의 나노 공학 교수인 Zheng Chen이 말했습니다.

무슨 문제라도 있습니까? “이러한 배터리를 재활용하는 것은 비용 효율적이지 않습니다.” “플라스틱과 동일한 딜레마에 직면해 있습니다. 재료 자체는 저렴하지만 재활용 방법은 저렴하지 않습니다.”라고 Chen이 말했습니다.

Chen과 그의 팀이 개발한 새로운 재활용 기술은 이러한 비용을 줄일 수 있습니다. 이 기술은 낮은 온도(섭씨 60~80도)와 주변 압력에서 작동하므로 다른 방법보다 전력 소비가 적습니다. 또한 리튬, 질소, 물 및 구연산과 같이 사용하는 화학 물질은 저렴하고 순합니다.

연구의 주저자이자 Chen 연구실의 박사후 연구원인 Pan Xu는 “전체 재활용 프로세스는 매우 안전한 조건에서 수행되므로 특별한 안전 조치나 특수 장비가 필요하지 않습니다. 그렇기 때문에 배터리 재활용 비용이 저렴합니다. ”

첫째, 연구원들은 저장 용량의 절반을 잃을 때까지 LFP 배터리를 재활용했습니다. 그런 다음 그들은 배터리를 분해하고 음극 분말을 모아 리튬염과 시트르산 용액에 담갔다. 다음으로, 그들은 용액을 물로 세척하고 가열하기 전에 분말을 건조시켰다.

연구원들은 이 분말을 사용하여 버튼 셀과 파우치 셀에서 테스트된 새로운 음극을 만들었습니다. 그것의 전기 화학적 성능, 화학적 구성 및 구조는 원래 상태로 완전히 복원됩니다.

배터리가 계속 재활용됨에 따라 음극은 성능을 저하시키는 두 가지 중요한 구조적 변화를 겪습니다. 첫 번째는 음극 구조에서 공극을 형성하는 리튬 이온의 손실입니다. 둘째, 결정구조의 철과 리튬이온이 자리를 교환하면서 또 다른 구조적 변화가 일어났다. 일단 발생하면 이온이 쉽게 다시 전환될 수 없으므로 리튬 이온이 달라붙어 배터리를 순환할 수 없습니다.

본 연구에서 제안한 처리 방법은 먼저 리튬 이온을 보충하여 철 이온과 리튬 이온을 쉽게 원래 위치로 전환하여 음극 구조를 복원할 수 있도록 한다. 두 번째 단계는 다른 물질에 전자를 제공하는 환원제 역할을 하는 구연산을 사용하는 것입니다. 그것은 전자를 철 이온으로 전달하여 양전하를 줄입니다. 이것은 전자 반발을 최소화하고 철 이온이 결정 구조의 원래 위치로 돌아가는 것을 방지하는 동시에 리튬 이온을 주기로 다시 방출합니다.

재활용 공정의 전반적인 에너지 소비는 낮지만 연구원들은 대량의 배터리를 수집, 운송 및 폐기하는 물류에 대한 추가 연구가 필요하다고 말합니다.

“다음 과제는 이러한 물류 프로세스를 최적화하는 방법을 파악하는 것입니다.” Chen은 “이는 우리의 재활용 기술을 산업 응용에 한 걸음 더 가깝게 만들 것입니다.”라고 말했습니다.