Una dintre dificultățile reciclării este că costul materialului în sine este scăzut, iar procesul de reciclare nu este ieftin. O nouă tehnologie speră să stimuleze reciclarea bateriilor cu litiu prin reducerea suplimentară a costurilor și utilizarea ingredientelor ecologice.

O nouă tehnică de tratare poate readuce materialul catodic uzat la starea inițială, reducând și mai mult costurile de reciclare. Dezvoltată de nanoinginerii de la Universitatea din California, San Diego, tehnologia este mai ecologică decât metodele utilizate în prezent. Folosește materii prime mai ecologice, reduce consumul de energie cu 80 până la 90% și reduce emisiile de gaze cu efect de seră cu 75%.

Cercetătorii își detaliază munca într-o lucrare publicată pe 12 noiembrie în Joule.

Această tehnică este ideală în special pentru catozii din fosfat de fier litiu (LFP). Bateriile cu catod LFP sunt mai ieftine decât alte baterii cu litiu, deoarece nu folosesc metale prețioase precum cobaltul sau nichelul. Bateriile LFP sunt, de asemenea, mai durabile și mai sigure. Sunt utilizate pe scară largă în sculele electrice, autobuzele electrice și rețelele electrice. Tesla Model 3 folosește și baterii LFP.

„Având în vedere aceste avantaje, bateriile LFP vor avea un avantaj competitiv față de alte baterii cu litiu de pe piață”, a spus Zheng Chen, profesor de nanoinginerie la Universitatea din California, San Diego.

E vre-o problema? „Nu este rentabil să reciclați aceste baterii.” „Se confruntă cu aceeași dilemă ca și plasticul – materialul în sine este ieftin, dar modalitatea de reciclare nu este ieftină”, a spus Chen.

Noile tehnologii de reciclare dezvoltate de Chen și echipa sa ar putea reduce aceste costuri. Tehnologia funcționează la temperaturi scăzute (60 până la 80 de grade Celsius) și presiune ambientală, astfel încât consumă mai puțină energie electrică decât alte metode. În plus, substanțele chimice pe care le folosește, cum ar fi litiul, azotul, apa și acidul citric, sunt ieftine și ușoare.

„Întregul proces de reciclare se desfășoară în condiții foarte sigure, așa că nu avem nevoie de măsuri speciale de siguranță sau de echipamente speciale”, a spus Pan Xu, autorul principal al studiului și cercetător postdoctoral în laboratorul lui Chen. De aceea costurile noastre de reciclare a bateriilor sunt mici. ”

În primul rând, cercetătorii au reciclat bateriile LFP până când și-au pierdut jumătate din capacitatea de stocare. Apoi au dezasamblat bateria, i-au colectat pulberea catodică și au înmuiat-o într-o soluție de săruri de litiu și acid citric. Apoi, au spălat soluția cu apă și au lăsat pulberea să se usuce înainte de a o încălzi.

Cercetătorii au folosit pulberea pentru a face noi catozi, care au fost testați în celule buton și celule în pungă. Performanța sa electrochimică, compoziția chimică și structura sunt complet restaurate la starea inițială.

Pe măsură ce bateria continuă să fie reciclată, catodul suferă două modificări structurale importante care îi reduc performanța. Prima este pierderea ionilor de litiu, care formează goluri în structura catodului. În al doilea rând, o altă schimbare structurală a avut loc atunci când ionii de fier și litiu din structura cristalină au schimbat locuri. Odată ce se întâmplă acest lucru, ionii nu se pot comuta cu ușurință înapoi, astfel încât ionii de litiu se blochează și nu pot trece prin baterie.

Metoda de tratament propusă în acest studiu completează în primul rând ionii de litiu, astfel încât ionii de fier și ionii de litiu pot fi comutați cu ușurință înapoi la pozițiile inițiale, restabilind astfel structura catodului. Al doilea pas este folosirea acidului citric, care acționează ca un agent reducător pentru a dona electroni unei alte substanțe. Transferă electroni ionilor de fier, reducându-le sarcina pozitivă. Acest lucru minimizează repulsia electronilor și împiedică ionii de fier să revină la pozițiile inițiale în structura cristalină, eliberând în același timp ionii de litiu înapoi în ciclu.

În timp ce consumul total de energie al procesului de reciclare este scăzut, cercetătorii spun că sunt necesare cercetări suplimentare privind logistica colectării, transportului și aruncării unor cantități mari de baterii.

„Următoarea provocare este să ne dăm seama cum să optimizam aceste procese logistice.” „Acest lucru va aduce tehnologia noastră de reciclare cu un pas mai aproape de aplicarea industrială”, a spus Chen.