Vienas iš perdirbimo sunkumų yra tai, kad pačios medžiagos kaina yra maža, o perdirbimo procesas nėra pigus. Nauja technologija tikisi paskatinti ličio baterijų perdirbimą dar labiau sumažinant išlaidas ir naudojant ekologiškus ingredientus.

Nauja apdorojimo technika gali grąžinti panaudotą katodo medžiagą į pradinę būseną, dar labiau sumažinant perdirbimo išlaidas. Kalifornijos universiteto San Diege nanoinžinierių sukurta technologija yra draugiškesnė aplinkai nei šiuo metu naudojami metodai. Jame naudojamos ekologiškesnės žaliavos, energijos suvartojimas sumažinamas 80–90 procentų, o šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisija – 75 procentais.

Tyrėjai detalizuoja savo darbą dokumente, paskelbtame lapkričio 12 d. Joule.

Ši technika ypač tinka katodams, pagamintiems iš ličio geležies fosfato (LFP). LFP katodinės baterijos yra pigesnės nei kitos ličio baterijos, nes jose nenaudojami taurieji metalai, tokie kaip kobaltas ar nikelis. LFP akumuliatoriai taip pat yra patvaresni ir saugesni. Jie plačiai naudojami elektriniuose įrankiuose, elektriniuose autobusuose ir elektros tinkluose. „Tesla Model 3“ taip pat naudoja LFP baterijas.

„Atsižvelgiant į šiuos pranašumus, LFP baterijos turės konkurencinį pranašumą prieš kitas rinkoje esančias ličio baterijas“, – sakė Kalifornijos universiteto San Diege nanoinžinerijos profesorius Zhengas Chenas.

Ar yra kokių nors problemų? „Šias baterijas perdirbti nėra ekonomiškai naudinga. „Jis susiduria su ta pačia dilema kaip ir plastikas – pati medžiaga yra pigi, bet būdas ją perdirbti nėra pigus“, – sakė Chenas.

Naujos Cheno ir jo komandos sukurtos perdirbimo technologijos galėtų sumažinti šias išlaidas. Technologija veikia esant žemai temperatūrai (60–80 laipsnių Celsijaus) ir aplinkos slėgiui, todėl sunaudoja mažiau elektros energijos nei kiti metodai. Be to, jame naudojamos cheminės medžiagos, tokios kaip litis, azotas, vanduo ir citrinų rūgštis, yra pigios ir švelnios.

„Visas perdirbimo procesas atliekamas labai saugiomis sąlygomis, todėl mums nereikia jokių specialių saugos priemonių ar specialios įrangos“, – sakė tyrimo vadovas ir Cheno laboratorijos doktorantas Pan Xu. Štai kodėl mūsų baterijų perdirbimo išlaidos yra mažos. “

Pirma, mokslininkai perdirbo LFP baterijas, kol prarado pusę savo talpos. Tada jie išardė bateriją, surinko katodo miltelius ir pamerkė į ličio druskų ir citrinos rūgšties tirpalą. Tada jie nuplauna tirpalą vandeniu ir leido milteliams išdžiūti prieš kaitinant.

Tyrėjai panaudojo miltelius, kad sukurtų naujus katodus, kurie buvo išbandyti mygtukų ir maišelių elementuose. Jo elektrocheminės savybės, cheminė sudėtis ir struktūra yra visiškai atkurtos į pradinę būseną.

Kadangi baterija ir toliau perdirbama, katodas patiria du svarbius struktūrinius pokyčius, dėl kurių sumažėja jo veikimas. Pirmasis yra ličio jonų praradimas, kurie sudaro tuštumas katodo struktūroje. Antra, įvyko dar vienas struktūrinis pokytis, kai geležies ir ličio jonai kristalinėje struktūroje apsikeitė vietomis. Kai tai atsitiks, jonai negali lengvai persijungti atgal, todėl ličio jonai įstringa ir negali pereiti per akumuliatorių.

Šiame tyrime siūlomas apdorojimo metodas pirmiausia papildo ličio jonus, todėl geležies jonus ir ličio jonus galima lengvai grąžinti į pradines padėtis, taip atkuriant katodo struktūrą. Antras žingsnis – naudoti citrinų rūgštį, kuri veikia kaip reduktorius, paaukodamas elektronus kitai medžiagai. Jis perkelia elektronus į geležies jonus, sumažindamas jų teigiamą krūvį. Tai sumažina elektronų atstūmimą ir neleidžia geležies jonams grįžti į pradinę padėtį kristalų struktūroje, o ličio jonus išleidžia atgal į ciklą.

Nors bendras perdirbimo proceso energijos suvartojimas yra mažas, mokslininkai teigia, kad reikia atlikti tolesnius didelių baterijų kiekių surinkimo, transportavimo ir šalinimo logistikos tyrimus.

„Kitas iššūkis yra išsiaiškinti, kaip optimizuoti šiuos logistikos procesus. „Tai padės mūsų perdirbimo technologiją vienu žingsniu priartinti prie pramoninio pritaikymo“, – sakė Chenas.