Jedným z problémov s recykláciou je, že náklady na samotný materiál sú nízke a proces recyklácie nie je lacný. Nová technológia dúfa, že podporí recykláciu lítiových batérií ďalším znižovaním nákladov a používaním ekologických prísad.

Nová technika spracovania môže vrátiť použitý katódový materiál do pôvodného stavu, čím sa ďalej znížia náklady na recykláciu. Táto technológia, ktorú vyvinuli nanoinžinieri z Kalifornskej univerzity v San Diegu, je šetrnejšia k životnému prostrediu ako metódy používané v súčasnosti. Využíva ekologickejšie suroviny, znižuje spotrebu energie o 80 až 90 percent a znižuje emisie skleníkových plynov o 75 percent.

Výskumníci podrobne opisujú svoju prácu v článku publikovanom 12. novembra v Joule.

Táto technika je obzvlášť ideálna pre katódy vyrobené z fosforečnanu lítno-železnatého (LFP). Katódové batérie LFP sú lacnejšie ako iné lítiové batérie, pretože nepoužívajú drahé kovy ako kobalt alebo nikel. Batérie LFP sú tiež odolnejšie a bezpečnejšie. Sú široko používané v elektrickom náradí, elektrických autobusoch a elektrických sieťach. Tesla Model 3 tiež používa LFP batérie.

„Vzhľadom na tieto výhody budú mať batérie LFP konkurenčnú výhodu oproti iným lítiovým batériám na trhu,“ povedal Zheng Chen, profesor nanoinžinierstva na Kalifornskej univerzite v San Diegu.

je nejaký problém? “Nie je nákladovo efektívne recyklovať tieto batérie.” “Čelí rovnakej dileme ako plasty – samotný materiál je lacný, ale spôsob jeho recyklácie nie je lacný,” povedal Chen.

Nové recyklačné technológie vyvinuté Chenom a jeho tímom by mohli tieto náklady znížiť. Technológia funguje pri nízkych teplotách (60 až 80 stupňov Celzia) a okolitom tlaku, takže spotrebuje menej elektriny ako iné metódy. Navyše chemikálie, ktoré používa, ako lítium, dusík, voda a kyselina citrónová, sú lacné a mierne.

„Celý proces recyklácie prebieha za veľmi bezpečných podmienok, takže nepotrebujeme žiadne špeciálne bezpečnostné opatrenia ani špeciálne vybavenie,“ povedal Pan Xu, hlavný autor štúdie a postdoktorandský výskumník v Chenovom laboratóriu. Preto sú naše náklady na recykláciu batérií nízke. “

Po prvé, výskumníci recyklovali batérie LFP, kým nestratili polovicu svojej úložnej kapacity. Potom batériu rozobrali, pozbierali jej katódový prášok a namočili ju do roztoku lítiových solí a kyseliny citrónovej. Potom roztok premyli vodou a nechali prášok pred zahriatím vysušiť.

Výskumníci použili prášok na výrobu nových katód, ktoré boli testované v gombíkových a vreckových článkoch. Jeho elektrochemický výkon, chemické zloženie a štruktúra sú úplne obnovené do pôvodného stavu.

Keďže batéria pokračuje v recyklácii, katóda prechádza dvoma dôležitými štrukturálnymi zmenami, ktoré znižujú jej výkon. Prvým je strata lítiových iónov, ktoré tvoria dutiny v štruktúre katódy. Po druhé, ďalšia štrukturálna zmena nastala, keď si ióny železa a lítia v kryštálovej štruktúre vymenili miesta. Akonáhle sa to stane, ióny sa nemôžu ľahko prepnúť späť, takže lítiové ióny sa zaseknú a nemôžu cyklicky prechádzať batériou.

Metóda úpravy navrhovaná v tejto štúdii najskôr dopĺňa lítne ióny, takže ióny železa a lítiové ióny možno ľahko prepnúť späť do svojich pôvodných polôh, čím sa obnoví štruktúra katódy. Druhým krokom je použitie kyseliny citrónovej, ktorá pôsobí ako redukčné činidlo na darovanie elektrónov inej látke. Prenáša elektróny na ióny železa, čím znižuje ich kladný náboj. To minimalizuje odpudzovanie elektrónov a bráni železným iónom vrátiť sa do svojich pôvodných pozícií v kryštálovej štruktúre, pričom sa lítiové ióny uvoľňujú späť do cyklu.

Zatiaľ čo celková spotreba energie procesu recyklácie je nízka, výskumníci tvrdia, že je potrebný ďalší výskum v oblasti logistiky zberu, prepravy a likvidácie veľkého množstva batérií.

“Ďalšou výzvou je zistiť, ako optimalizovať tieto logistické procesy.” “Toto posunie našu technológiu recyklácie o krok bližšie k priemyselnej aplikácii,” povedal Chen.