Ena od težav pri recikliranju je, da so stroški samega materiala nizki, proces recikliranja pa ni poceni. Nova tehnologija upa, da bo povečala recikliranje litijevih baterij z nadaljnjim znižanjem stroškov in uporabo okolju prijaznih sestavin.

Nova tehnika obdelave lahko vrne uporabljeni katodni material v prvotno stanje, kar dodatno zmanjša stroške recikliranja. Tehnologija, ki so jo razvili nanoinženirji na Kalifornijski univerzi v San Diegu, je okolju prijaznejša od metod, ki se trenutno uporabljajo. Uporablja bolj zelene surovine, zmanjša porabo energije za 80 do 90 odstotkov in zmanjša izpuste toplogrednih plinov za 75 odstotkov.

Raziskovalci podrobno opisujejo svoje delo v članku, objavljenem 12. novembra v Jouleu.

Ta tehnika je še posebej idealna za katode iz litijevega železovega fosfata (LFP). Katodne baterije LFP so cenejše od drugih litijevih baterij, ker ne uporabljajo plemenitih kovin, kot sta kobalt ali nikelj. LFP baterije so tudi bolj trpežne in varnejše. Široko se uporabljajo v električnih orodjih, električnih avtobusih in električnih omrežjih. Tesla Model 3 uporablja tudi LFP baterije.

“Glede na te prednosti bodo LFP baterije imele konkurenčno prednost pred drugimi litijevimi baterijami na trgu,” je dejal Zheng Chen, profesor nanoinženiringa na kalifornijski univerzi v San Diegu.

Ali obstaja kakšna težava? “Recikliranje teh baterij ni stroškovno učinkovito.” “Sooča se z enako dilemo kot plastika – material je sam po sebi poceni, vendar način recikliranja ni poceni,” je dejal Chen.

Nove tehnologije recikliranja, ki sta jih razvila Chen in njegova ekipa, bi lahko zmanjšale te stroške. Tehnologija deluje pri nizkih temperaturah (60 do 80 stopinj Celzija) in tlaku okolice, zato porabi manj električne energije kot druge metode. Poleg tega so kemikalije, ki jih uporablja, kot so litij, dušik, voda in citronska kislina, poceni in blage.

“Celoten postopek recikliranja poteka v zelo varnih pogojih, zato ne potrebujemo posebnih varnostnih ukrepov ali posebne opreme,” je povedal Pan Xu, glavni avtor študije in podoktorski raziskovalec v Chenovem laboratoriju. Zato so naši stroški recikliranja baterij nizki. ”

Najprej so raziskovalci reciklirali LFP baterije, dokler niso izgubile polovice svoje zmogljivosti za shranjevanje. Nato so baterijo razstavili, zbrali njen katodni prah in jo namočili v raztopino litijevih soli in citronske kisline. Nato so raztopino izprali z vodo in pustili, da se prašek posuši, preden ga segreje.

Raziskovalci so prašek uporabili za izdelavo novih katod, ki so bile preizkušene v celicah Button in celicah torbic. Njegova elektrokemijska zmogljivost, kemična sestava in struktura so popolnoma obnovljeni v prvotno stanje.

Ker se baterija še naprej reciklira, katoda doživi dve pomembni strukturni spremembi, ki zmanjšata njeno zmogljivost. Prvi je izguba litijevih ionov, ki tvorijo praznine v strukturi katode. Drugič, še ena strukturna sprememba se je zgodila, ko so železovi in ​​litijevi ioni v kristalni strukturi zamenjali mesta. Ko se to zgodi, se ioni ne morejo zlahka preklopiti nazaj, zato se litijevi ioni zataknejo in ne morejo krožiti skozi baterijo.

Metoda zdravljenja, predlagana v tej študiji, najprej napolni litijeve ione, tako da se lahko železovi ioni in litijevi ioni zlahka preklopijo nazaj v prvotne položaje, s čimer se obnovi struktura katode. Drugi korak je uporaba citronske kisline, ki deluje kot redukcijsko sredstvo za darovanje elektronov drugi snovi. Prenese elektrone na železove ione in zmanjša njihov pozitivni naboj. To zmanjša odboj elektronov in prepreči, da bi se železovi ioni vrnili v prvotne položaje v kristalni strukturi, hkrati pa sproščajo litijeve ione nazaj v cikel.

Čeprav je splošna poraba energije pri procesu recikliranja nizka, raziskovalci pravijo, da so potrebne nadaljnje raziskave o logistiki zbiranja, transporta in odlaganja velikih količin baterij.

“Naslednji izziv je ugotoviti, kako optimizirati te logistične procese.” “To bo našo tehnologijo recikliranja približalo industrijski uporabi,” je dejal Chen.