ปัญหาอย่างหนึ่งของการรีไซเคิลคือต้นทุนของวัสดุเองนั้นต่ำ และกระบวนการรีไซเคิลก็ไม่ถูก เทคโนโลยีใหม่หวังที่จะกระตุ้นการรีไซเคิลแบตเตอรี่ลิเธียมโดยการลดต้นทุนเพิ่มเติมและใช้ส่วนผสมที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

เทคนิคการบำบัดแบบใหม่สามารถทำให้วัสดุแคโทดที่ใช้แล้วกลับคืนสู่สภาพเดิมได้ ซึ่งช่วยลดต้นทุนการรีไซเคิลได้อีก เทคโนโลยีนี้พัฒนาโดยวิศวกรนาโนจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก เทคโนโลยีนี้เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่าวิธีการที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน ใช้วัตถุดิบที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ลดการใช้พลังงาน 80 ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ และลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก 75 เปอร์เซ็นต์

นักวิจัยให้รายละเอียดงานของพวกเขาในบทความที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 12 พฤศจิกายนที่ Joule

เทคนิคนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับแคโทดที่ทำจากลิเธียมไอออนฟอสเฟต (LFP) แบตเตอรี่แคโทด LFP มีราคาถูกกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมอื่นๆ เนื่องจากไม่ใช้โลหะมีค่า เช่น โคบอลต์หรือนิกเกิล แบตเตอรี่ LFP มีความทนทานและปลอดภัยยิ่งขึ้น มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องมือไฟฟ้า รถโดยสารไฟฟ้า และโครงข่ายไฟฟ้า Tesla Model 3 ยังใช้แบตเตอรี่ LFP

“เมื่อพิจารณาถึงข้อดีเหล่านี้ แบตเตอรี่ LFP จะมีข้อได้เปรียบทางการแข่งขันเหนือแบตเตอรี่ลิเธียมอื่นๆ ในตลาด” เจิ้ง เฉิน ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมนาโนจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก กล่าว

มีปัญหาอะไรไหม? “การรีไซเคิลแบตเตอรี่เหล่านี้ไม่คุ้มทุน” “ต้องเผชิญกับภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกเช่นเดียวกับพลาสติก วัสดุมีราคาถูก แต่วิธีการรีไซเคิลไม่ถูก” เฉินกล่าว

เทคโนโลยีการรีไซเคิลแบบใหม่ที่พัฒนาโดย Chen และทีมของเขาสามารถลดต้นทุนเหล่านี้ได้ เทคโนโลยีนี้ทำงานที่อุณหภูมิต่ำ (60 ถึง 80 องศาเซลเซียส) และความดันบรรยากาศ จึงกินไฟน้อยกว่าวิธีอื่นๆ นอกจากนี้ สารเคมีที่ใช้ เช่น ลิเธียม ไนโตรเจน น้ำ และกรดซิตริก มีราคาถูกและไม่รุนแรง

“กระบวนการรีไซเคิลทั้งหมดดำเนินการภายใต้สภาวะที่ปลอดภัยมาก ดังนั้นเราจึงไม่ต้องการมาตรการความปลอดภัยพิเศษหรืออุปกรณ์พิเศษใดๆ” Pan Xu ผู้เขียนหลักของการศึกษาวิจัยและนักวิจัยดุษฎีบัณฑิตในห้องปฏิบัติการของ Chen กล่าว นั่นคือสาเหตุที่ต้นทุนการรีไซเคิลแบตเตอรี่ของเราต่ำ ”

ประการแรก นักวิจัยนำแบตเตอรี่ LFP กลับมาใช้ใหม่จนกว่าความจุในการจัดเก็บจะลดลงครึ่งหนึ่ง จากนั้นพวกเขาก็ถอดประกอบแบตเตอรี่ รวบรวมผงแคโทด และนำไปแช่ในสารละลายของเกลือลิเธียมและกรดซิตริก จากนั้นพวกเขาล้างสารละลายด้วยน้ำและปล่อยให้ผงแห้งก่อนให้ความร้อน

นักวิจัยใช้ผงนี้เพื่อสร้างแคโทดใหม่ ซึ่งได้รับการทดสอบในเซลล์ปุ่มและเซลล์กระเป๋า ประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้า องค์ประกอบทางเคมี และโครงสร้างได้รับการฟื้นฟูให้กลับสู่สภาพเดิมอย่างสมบูรณ์

ในขณะที่แบตเตอรี่ยังคงถูกนำกลับมาใช้ใหม่ แคโทดจะผ่านการเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้างที่สำคัญสองประการซึ่งลดประสิทธิภาพการทำงานลง ประการแรกคือการสูญเสียลิเธียมไอออนซึ่งก่อให้เกิดช่องว่างในโครงสร้างแคโทด ประการที่สอง การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างอื่นเกิดขึ้นเมื่อไอออนของเหล็กและลิเธียมในโครงสร้างผลึกเปลี่ยนตำแหน่งกัน เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้ขึ้น ไอออนจะไม่สามารถเปลี่ยนกลับได้โดยง่าย ดังนั้นลิเธียมไอออนจึงติดขัดและไม่สามารถหมุนเวียนผ่านแบตเตอรี่ได้

วิธีการรักษาที่เสนอในการศึกษานี้เป็นขั้นแรกในการเติมลิเธียมไอออน เพื่อให้ไอออนของเหล็กและลิเธียมไอออนสามารถสลับกลับไปยังตำแหน่งเดิมได้อย่างง่ายดาย จึงเป็นการฟื้นฟูโครงสร้างแคโทด ขั้นตอนที่สองคือการใช้กรดซิตริกซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์เพื่อบริจาคอิเล็กตรอนให้กับสารอื่น มันถ่ายเทอิเล็กตรอนไปยังไอออนของเหล็ก ลดประจุบวกของพวกมัน วิธีนี้ช่วยลดแรงผลักของอิเล็กตรอนและป้องกันไม่ให้ไอออนของเหล็กกลับสู่ตำแหน่งเดิมในโครงสร้างผลึก ขณะที่ปล่อยไอออนลิเธียมกลับเข้าสู่วัฏจักร

แม้ว่าการใช้พลังงานโดยรวมของกระบวนการรีไซเคิลจะต่ำ นักวิจัยกล่าวว่าจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับการขนส่งในการรวบรวม การขนส่ง และการกำจัดแบตเตอรี่ปริมาณมาก

“ความท้าทายต่อไปคือการหาวิธีเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการลอจิสติกส์เหล่านี้” “สิ่งนี้จะทำให้เทคโนโลยีรีไซเคิลของเราเข้าใกล้การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมมากขึ้นไปอีกขั้น” เฉินกล่าว