Salah satu kesukaran dengan kitar semula ialah kos bahan itu sendiri rendah, dan proses kitar semula tidak murah. Teknologi baharu berharap dapat meningkatkan kitar semula bateri litium dengan mengurangkan lagi kos dan menggunakan bahan mesra alam.

Teknik rawatan baharu boleh mengembalikan bahan katod terpakai kepada keadaan asalnya, seterusnya mengurangkan kos kitar semula. Dibangunkan oleh jurutera nano di University of California, San Diego, teknologi ini lebih mesra alam berbanding kaedah yang digunakan sekarang. Ia menggunakan bahan mentah yang lebih hijau, mengurangkan penggunaan tenaga sebanyak 80 hingga 90 peratus, dan mengurangkan pelepasan gas rumah hijau sebanyak 75 peratus.

Para penyelidik memperincikan kerja mereka dalam makalah yang diterbitkan pada 12 November di Joule.

Teknik ini amat sesuai untuk katod yang diperbuat daripada litium besi fosfat (LFP). Bateri katod LFP lebih murah daripada bateri litium lain kerana ia tidak menggunakan logam berharga seperti kobalt atau nikel. Bateri LFP juga lebih tahan lama dan lebih selamat. Ia digunakan secara meluas dalam alatan kuasa, bas elektrik dan grid kuasa. Tesla Model 3 juga menggunakan bateri LFP.

“Memandangkan kelebihan ini, bateri LFP akan mempunyai kelebihan daya saing berbanding bateri litium lain di pasaran,” kata Zheng Chen, seorang profesor kejuruteraan nano di University of California, San Diego.

Ada apa-apa masalah? “Ia tidak menjimatkan kos untuk mengitar semula bateri ini.” “Ia menghadapi dilema yang sama seperti plastik – bahan itu sendiri murah, tetapi cara mengitar semulanya tidak murah,” kata Chen.

Teknologi kitar semula baharu yang dibangunkan oleh Chen dan pasukannya boleh mengurangkan kos ini. Teknologi ini berfungsi pada suhu rendah (60 hingga 80 darjah Celsius) dan tekanan ambien, jadi ia menggunakan lebih sedikit elektrik berbanding kaedah lain. Selain itu, bahan kimia yang digunakannya, seperti litium, nitrogen, air dan asid sitrik, adalah murah dan ringan.

“Keseluruhan proses kitar semula dijalankan dalam keadaan yang sangat selamat, jadi kami tidak memerlukan sebarang langkah keselamatan khas atau peralatan khas,” kata Pan Xu, pengarang utama kajian dan penyelidik pasca doktoral di makmal Chen. Itulah sebabnya kos kitar semula bateri kami rendah. ”

Pertama, para penyelidik mengitar semula bateri LFP sehingga mereka kehilangan separuh daripada kapasiti penyimpanan mereka. Mereka kemudian membuka bateri, mengumpul serbuk katodnya, dan merendamnya dalam larutan garam litium dan asid sitrik. Seterusnya, mereka membasuh larutan dengan air dan membiarkan serbuk kering sebelum memanaskannya.

Para penyelidik menggunakan serbuk untuk membuat katod baru, yang telah diuji dalam sel Button dan sel kantung. Prestasi elektrokimia, komposisi kimia dan strukturnya dipulihkan sepenuhnya kepada keadaan asal.

Apabila bateri terus dikitar semula, katod mengalami dua perubahan struktur penting yang mengurangkan prestasinya. Yang pertama ialah kehilangan ion litium, yang membentuk lompang dalam struktur katod. Kedua, satu lagi perubahan struktur berlaku apabila ion besi dan litium dalam struktur kristal bertukar tempat. Apabila itu berlaku, ion tidak boleh bertukar dengan mudah, jadi ion litium tersekat dan tidak boleh mengitar melalui bateri.

Kaedah rawatan yang dicadangkan dalam kajian ini mula-mula mengisi semula ion litium, supaya ion besi dan ion litium boleh dengan mudah ditukar kembali ke kedudukan asalnya, dengan itu memulihkan struktur katod. Langkah kedua ialah menggunakan asid sitrik, yang bertindak sebagai agen penurunan untuk menderma elektron kepada bahan lain. Ia memindahkan elektron ke ion besi, mengurangkan cas positifnya. Ini meminimumkan penolakan elektron dan menghalang ion besi daripada kembali ke kedudukan asalnya dalam struktur kristal, sambil membebaskan ion litium kembali ke dalam kitaran.

Walaupun penggunaan tenaga keseluruhan proses kitar semula adalah rendah, para penyelidik berkata kajian lanjut diperlukan mengenai logistik mengumpul, mengangkut dan melupuskan kuantiti bateri yang banyak.

“Cabaran seterusnya adalah untuk memikirkan cara mengoptimumkan proses logistik ini.” “Ini akan membawa teknologi kitar semula kami selangkah lebih dekat kepada aplikasi perindustrian,” kata Chen.