Moja ya matatizo na kuchakata ni kwamba gharama ya nyenzo yenyewe ni ya chini, na mchakato wa kuchakata sio nafuu. Teknolojia mpya inatarajia kuimarisha urejelezaji wa betri za lithiamu kwa kupunguza zaidi gharama na kutumia viambato vinavyohifadhi mazingira.

Mbinu mpya ya matibabu inaweza kurudisha nyenzo za cathode zilizotumika katika hali yake ya asili, na hivyo kupunguza gharama za kuchakata tena. Iliyoundwa na wahandisi wa nanoe katika Chuo Kikuu cha California, San Diego, teknolojia hiyo ni rafiki wa mazingira kuliko mbinu zinazotumiwa sasa. Inatumia malighafi ya kijani kibichi, inapunguza matumizi ya nishati kwa asilimia 80 hadi 90, na inapunguza uzalishaji wa gesi chafuzi kwa asilimia 75.

Watafiti kwa undani kazi yao katika karatasi iliyochapishwa Novemba 12 katika Joule.

Mbinu hii ni bora hasa kwa cathodes iliyofanywa kwa phosphate ya chuma ya lithiamu (LFP). Betri za cathode za LFP ni nafuu zaidi kuliko betri nyingine za lithiamu kwa sababu hazitumii madini ya thamani kama vile kobalti au nikeli. Betri za LFP pia ni za kudumu na salama zaidi. Zinatumika sana katika zana za nguvu, mabasi ya umeme na gridi za nguvu. Tesla Model 3 pia hutumia betri za LFP.

“Kwa kuzingatia faida hizi, betri za LFP zitakuwa na faida ya ushindani dhidi ya betri nyingine za lithiamu kwenye soko,” alisema Zheng Chen, profesa wa nanoengineering katika Chuo Kikuu cha California, San Diego.

Je, kuna tatizo lolote? “Siyo gharama nafuu kuchakata betri hizi.” “Inakabiliwa na shida sawa na plastiki – nyenzo yenyewe ni ya bei nafuu, lakini njia ya kuchakata sio nafuu,” Chen alisema.

Teknolojia mpya za kuchakata zilizotengenezwa na Chen na timu yake zinaweza kupunguza gharama hizi. Teknolojia hiyo inafanya kazi kwa joto la chini (nyuzi 60 hadi 80) na shinikizo la mazingira, hivyo hutumia umeme kidogo kuliko njia nyingine. Zaidi, kemikali inayotumia, kama lithiamu, nitrojeni, maji, na asidi ya citric, ni ya bei nafuu na nyepesi.

“Mchakato mzima wa kuchakata tena unafanywa chini ya hali salama sana, kwa hivyo hatuhitaji hatua zozote maalum za usalama au vifaa maalum,” alisema Pan Xu, mwandishi mkuu wa utafiti na mtafiti wa baada ya udaktari katika maabara ya Chen. Ndiyo maana gharama zetu za kuchakata betri ni za chini. ”

Kwanza, watafiti walitayarisha betri za LFP hadi zilipopoteza nusu ya uwezo wao wa kuhifadhi. Kisha walitenganisha betri, wakakusanya poda yake ya cathode, na kuiweka kwenye suluhisho la chumvi la lithiamu na asidi ya citric. Kisha, waliosha suluhisho kwa maji na kuruhusu poda kukauka kabla ya kuipasha.

Watafiti walitumia poda hiyo kutengeneza cathodes mpya, ambazo zimejaribiwa katika seli za Kitufe na seli za pochi. Utendaji wake wa electrochemical, muundo wa kemikali na muundo hurejeshwa kabisa kwa hali ya awali.

Wakati betri inaendelea kusindika tena, cathode hupitia mabadiliko mawili muhimu ya kimuundo ambayo hupunguza utendaji wake. Ya kwanza ni upotezaji wa ioni za lithiamu, ambayo huunda voids katika muundo wa cathode. Pili, mabadiliko mengine ya kimuundo yalitokea wakati ioni za chuma na lithiamu katika muundo wa kioo zilibadilishana mahali. Hilo likitokea, ioni haziwezi kurudi nyuma kwa urahisi, kwa hivyo ioni za lithiamu hukwama na haziwezi kuzunguka betri.

Mbinu ya matibabu iliyopendekezwa katika utafiti huu inajaza kwanza ioni za lithiamu, ili ioni za chuma na ioni za lithiamu ziweze kubadilishwa kwa urahisi kwenye nafasi zao za asili, na hivyo kurejesha muundo wa cathode. Hatua ya pili ni kutumia asidi ya citric, ambayo hufanya kama wakala wa kupunguza kutoa elektroni kwa dutu nyingine. Inahamisha elektroni kwa ioni za chuma, kupunguza malipo yao mazuri. Hii hupunguza msukumo wa elektroni na kuzuia ayoni za chuma kurudi kwenye nafasi zao za asili katika muundo wa fuwele, huku ikitoa ioni za lithiamu kurudi kwenye mzunguko.

Wakati matumizi ya jumla ya nishati ya mchakato wa kuchakata tena ni ya chini, watafiti wanasema utafiti zaidi unahitajika juu ya vifaa vya kukusanya, kusafirisha na kutupa idadi kubwa ya betri.

“Changamoto inayofuata ni kujua jinsi ya kuboresha michakato hii ya vifaa.” “Hii italeta teknolojia yetu ya kuchakata tena hatua moja karibu na matumizi ya viwanda,” Chen alisema.