रीसायकलिंगमधील अडचणींपैकी एक म्हणजे सामग्रीची स्वतःची किंमत कमी आहे आणि पुनर्वापर प्रक्रिया स्वस्त नाही. नवीन तंत्रज्ञानामुळे खर्च कमी करून आणि पर्यावरणपूरक घटकांचा वापर करून लिथियम बॅटरीच्या पुनर्वापराला चालना मिळण्याची आशा आहे.

नवीन उपचार तंत्र वापरलेल्या कॅथोड सामग्रीला त्याच्या मूळ स्थितीत परत आणू शकते, ज्यामुळे पुनर्वापराचा खर्च कमी होतो. कॅलिफोर्निया विद्यापीठ, सॅन डिएगो येथील नॅनोइंजिनियर्सनी विकसित केलेले हे तंत्रज्ञान सध्या वापरल्या जाणाऱ्या पद्धतींपेक्षा पर्यावरणास अनुकूल आहे. हे हिरवे कच्चा माल वापरते, ऊर्जा वापर 80 ते 90 टक्क्यांनी कमी करते आणि हरितगृह वायू उत्सर्जन 75 टक्क्यांनी कमी करते.

संशोधकांनी त्यांच्या कामाचा तपशील जौल येथे १२ नोव्हेंबर रोजी प्रकाशित केलेल्या शोधनिबंधात दिला आहे.

हे तंत्र विशेषतः लिथियम लोह फॉस्फेट (LFP) पासून बनवलेल्या कॅथोडसाठी आदर्श आहे. LFP कॅथोड बॅटरी इतर लिथियम बॅटरींपेक्षा स्वस्त असतात कारण त्या कोबाल्ट किंवा निकेलसारख्या मौल्यवान धातू वापरत नाहीत. LFP बॅटरी देखील अधिक टिकाऊ आणि सुरक्षित आहेत. ते पॉवर टूल्स, इलेक्ट्रिक बस आणि पॉवर ग्रिडमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. टेस्ला मॉडेल 3 देखील LFP बॅटरी वापरते.

“हे फायदे लक्षात घेता, LFP बॅटरियांना बाजारातील इतर लिथियम बॅटर्‍यांपेक्षा स्पर्धात्मक फायदा मिळेल,” असे झेंग चेन, कॅलिफोर्निया विद्यापीठ, सॅन दिएगो येथील नॅनोइंजिनियरिंगचे प्राध्यापक म्हणाले.

काही अडचण आहे का? “या बॅटरीज रिसायकल करणे किफायतशीर नाही.” “त्याला प्लास्टिक सारख्याच पेचप्रसंगाचा सामना करावा लागतो — सामग्री स्वतः स्वस्त आहे, परंतु त्याचे पुनर्वापर करण्याचा मार्ग स्वस्त नाही,” चेन म्हणाले.

चेन आणि त्याच्या टीमने विकसित केलेल्या नवीन रिसायकलिंग तंत्रज्ञानामुळे हे खर्च कमी होऊ शकतात. तंत्रज्ञान कमी तापमानात (60 ते 80 अंश सेल्सिअस) आणि सभोवतालच्या दाबावर कार्य करते, म्हणून ते इतर पद्धतींच्या तुलनेत कमी वीज वापरते. तसेच, लिथियम, नायट्रोजन, पाणी आणि सायट्रिक ऍसिड यांसारखी रसायने स्वस्त आणि सौम्य आहेत.

“संपूर्ण पुनर्वापर प्रक्रिया अत्यंत सुरक्षित परिस्थितीत पार पाडली जाते, त्यामुळे आम्हाला कोणत्याही विशेष सुरक्षा उपायांची किंवा विशेष उपकरणांची गरज नाही,” असे या अभ्यासाचे प्रमुख लेखक आणि चेनच्या प्रयोगशाळेतील पोस्टडॉक्टरल संशोधक पॅन जू म्हणाले. म्हणूनच आमची बॅटरी रिसायकलिंगची किंमत कमी आहे. ”

प्रथम, संशोधकांनी LFP बॅटर्‍यांचा रीसायकल केला जोपर्यंत त्यांची साठवण क्षमता अर्धी गमावली. त्यानंतर त्यांनी बॅटरीचे पृथक्करण केले, त्याची कॅथोड पावडर गोळा केली आणि लिथियम क्षार आणि सायट्रिक ऍसिडच्या द्रावणात भिजवली. पुढे, त्यांनी द्रावण पाण्याने धुतले आणि ते गरम करण्यापूर्वी पावडर कोरडे होऊ दिले.

संशोधकांनी नवीन कॅथोड तयार करण्यासाठी पावडरचा वापर केला, ज्याची बटण पेशी आणि पाउच पेशींमध्ये चाचणी केली गेली आहे. त्याची इलेक्ट्रोकेमिकल कार्यक्षमता, रासायनिक रचना आणि रचना पूर्णपणे मूळ स्थितीत पुनर्संचयित केली जाते.

बॅटरीचे पुनर्नवीनीकरण होत राहिल्याने, कॅथोडमध्ये दोन महत्त्वाचे संरचनात्मक बदल होतात ज्यामुळे त्याची कार्यक्षमता कमी होते. प्रथम लिथियम आयनचे नुकसान आहे, जे कॅथोड संरचनेत व्हॉईड्स तयार करतात. दुसरे, जेव्हा क्रिस्टल स्ट्रक्चरमधील लोह आणि लिथियम आयनची जागा बदलली तेव्हा आणखी एक संरचनात्मक बदल झाला. एकदा असे झाले की, आयन सहजपणे परत जाऊ शकत नाहीत, त्यामुळे लिथियम आयन अडकतात आणि बॅटरीमधून सायकल जाऊ शकत नाहीत.

या अभ्यासात प्रस्तावित उपचार पद्धती प्रथमतः लिथियम आयन भरून काढते, ज्यामुळे लोह आयन आणि लिथियम आयन सहजपणे त्यांच्या मूळ स्थितीत परत जाऊ शकतात, ज्यामुळे कॅथोड संरचना पुनर्संचयित होते. दुसरी पायरी म्हणजे सायट्रिक ऍसिड वापरणे, जे दुस-या पदार्थाला इलेक्ट्रॉन दान करण्यासाठी कमी करणारे एजंट म्हणून काम करते. ते इलेक्ट्रॉन्सना लोह आयनांमध्ये स्थानांतरित करते, त्यांचे सकारात्मक चार्ज कमी करते. हे इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण कमी करते आणि लिथियम आयन परत सायकलमध्ये सोडताना, क्रिस्टल रचनेत लोह आयनांना त्यांच्या मूळ स्थानावर परत येण्यापासून प्रतिबंधित करते.

रिसायकलिंग प्रक्रियेचा एकूण ऊर्जेचा वापर कमी असताना, संशोधकांचे म्हणणे आहे की मोठ्या प्रमाणात बॅटरी गोळा करणे, वाहतूक करणे आणि विल्हेवाट लावण्याच्या रसदशास्त्रावर आणखी संशोधन करणे आवश्यक आहे.

“या लॉजिस्टिक प्रक्रियांना कसे ऑप्टिमाइझ करायचे ते शोधणे हे पुढील आव्हान आहे.” “हे आमचे पुनर्वापर तंत्रज्ञान औद्योगिक अनुप्रयोगाच्या एक पाऊल जवळ आणेल,” चेन म्हणाले.