Viena no pārstrādes grūtībām ir tāda, ka paša materiāla izmaksas ir zemas, un pārstrādes process nav lēts. Jaunā tehnoloģija cer palielināt litija bateriju pārstrādi, vēl vairāk samazinot izmaksas un izmantojot videi draudzīgas sastāvdaļas.

Jauna apstrādes tehnika var atgriezt izmantoto katoda materiālu tā sākotnējā stāvoklī, vēl vairāk samazinot otrreizējās pārstrādes izmaksas. Kalifornijas Universitātes Sandjego nanoinženieru izstrādātā tehnoloģija ir videi draudzīgāka nekā pašlaik izmantotās metodes. Tas izmanto zaļākas izejvielas, samazina enerģijas patēriņu par 80 līdz 90 procentiem un samazina siltumnīcefekta gāzu emisijas par 75 procentiem.

Pētnieki sīki izklāsta savu darbu rakstā, kas publicēts 12. novembrī Džoulā.

Šis paņēmiens ir īpaši ideāls katodiem, kas izgatavoti no litija dzelzs fosfāta (LFP). LFP katoda baterijas ir lētākas nekā citas litija baterijas, jo tajās netiek izmantoti dārgmetāli, piemēram, kobalts vai niķelis. LFP akumulatori ir arī izturīgāki un drošāki. Tos plaši izmanto elektroinstrumentos, elektriskajos autobusos un elektrotīklos. Tesla Model 3 izmanto arī LFP baterijas.

“Ņemot vērā šīs priekšrocības, LFP akumulatoriem būs konkurences priekšrocības salīdzinājumā ar citām tirgū esošajām litija baterijām,” sacīja Zheng Chen, Kalifornijas Universitātes Sandjego nanoinženierijas profesors.

Vai ir kāda problēma? “Šo bateriju pārstrāde nav rentabla.” “Tas saskaras ar tādu pašu dilemmu kā plastmasa — pats materiāls ir lēts, bet veids, kā to pārstrādāt, nav lēts,” sacīja Čens.

Jaunās Chen un viņa komandas izstrādātās pārstrādes tehnoloģijas varētu samazināt šīs izmaksas. Tehnoloģija darbojas zemā temperatūrā (60 līdz 80 grādi pēc Celsija) un apkārtējā spiediena, tāpēc tā patērē mazāk elektroenerģijas nekā citas metodes. Turklāt tajā izmantotās ķīmiskās vielas, piemēram, litijs, slāpeklis, ūdens un citronskābe, ir lētas un maigas.

“Viss pārstrādes process tiek veikts ļoti drošos apstākļos, tāpēc mums nav nepieciešami īpaši drošības pasākumi vai īpašs aprīkojums,” sacīja pētījuma vadītājs un pēcdoktorantūras pētnieks Čena laboratorijā Pan Sju. Tāpēc mūsu akumulatoru pārstrādes izmaksas ir zemas. ”

Pirmkārt, pētnieki pārstrādāja LFP akumulatorus, līdz tie zaudēja pusi no uzglabāšanas jaudas. Pēc tam viņi izjauca akumulatoru, savāca katoda pulveri un iemērc to litija sāļu un citronskābes šķīdumā. Pēc tam viņi nomazgāja šķīdumu ar ūdeni un ļāva pulverim nožūt pirms tā karsēšanas.

Pētnieki izmantoja pulveri, lai izveidotu jaunus katodus, kas tika pārbaudīti pogu šūnās un maisiņu šūnās. Tā elektroķīmiskās īpašības, ķīmiskais sastāvs un struktūra ir pilnībā atjaunota sākotnējā stāvoklī.

Tā kā akumulators turpina pārstrādāt, katodam tiek veiktas divas svarīgas strukturālas izmaiņas, kas samazina tā veiktspēju. Pirmais ir litija jonu zudums, kas veido tukšumus katoda struktūrā. Otrkārt, notika vēl viena strukturāla izmaiņa, kad dzelzs un litija joni kristāla struktūrā apmainījās vietām. Kad tas notiek, joni nevar viegli pārslēgties atpakaļ, tāpēc litija joni iestrēgst un nevar pārvietoties caur akumulatoru.

Šajā pētījumā piedāvātā apstrādes metode, pirmkārt, papildina litija jonus, lai dzelzs jonus un litija jonus varētu viegli pārslēgt atpakaļ sākotnējā pozīcijā, tādējādi atjaunojot katoda struktūru. Otrais solis ir izmantot citronskābi, kas darbojas kā reducētājs, lai nodotu elektronus citai vielai. Tas pārnes elektronus uz dzelzs joniem, samazinot to pozitīvo lādiņu. Tas samazina elektronu atgrūšanos un neļauj dzelzs joniem atgriezties sākotnējā stāvoklī kristāla struktūrā, vienlaikus atbrīvojot litija jonus atpakaļ ciklā.

Lai gan otrreizējās pārstrādes procesa kopējais enerģijas patēriņš ir zems, pētnieki saka, ka ir nepieciešami turpmāki pētījumi par liela bateriju daudzuma savākšanas, transportēšanas un iznīcināšanas loģistiku.

“Nākamais izaicinājums ir izdomāt, kā optimizēt šos loģistikas procesus.” “Tas tuvinās mūsu pārstrādes tehnoloģiju vienu soli rūpnieciskai lietošanai,” sacīja Čens.