Ang isa sa mga kahirapan sa pag-recycle ay ang halaga ng materyal mismo ay mababa, at ang proseso ng pag-recycle ay hindi mura. Inaasahan ng isang bagong teknolohiya na palakasin ang pag-recycle ng mga baterya ng lithium sa pamamagitan ng karagdagang pagbabawas ng mga gastos at paggamit ng mga eco-friendly na sangkap.

Ang isang bagong pamamaraan ng paggamot ay maaaring ibalik ang ginamit na materyal na cathode sa orihinal nitong estado, na higit pang nagpapababa sa mga gastos sa pag-recycle. Binuo ng mga nanoengineer sa Unibersidad ng California, San Diego, ang teknolohiya ay mas pangkalikasan kaysa sa mga pamamaraan na kasalukuyang ginagamit. Gumagamit ito ng mas berdeng hilaw na materyales, binabawasan ang pagkonsumo ng enerhiya ng 80 hanggang 90 porsiyento, at binabawasan ang mga greenhouse gas emission ng 75 porsiyento.

Detalye ng mga mananaliksik ang kanilang trabaho sa isang papel na inilathala noong Nobyembre 12 sa Joule.

Ang pamamaraan na ito ay lalong mainam para sa mga cathode na gawa sa lithium iron phosphate (LFP). Ang mga baterya ng LFP cathode ay mas mura kaysa sa iba pang mga baterya ng lithium dahil hindi sila gumagamit ng mahahalagang metal tulad ng cobalt o nickel. Ang mga baterya ng LFP ay mas matibay at mas ligtas. Malawakang ginagamit ang mga ito sa mga power tool, electric bus at power grid. Gumagamit din ang Tesla Model 3 ng mga LFP na baterya.

“Isinasaalang-alang ang mga pakinabang na ito, ang mga baterya ng LFP ay magkakaroon ng mapagkumpitensyang kalamangan sa iba pang mga baterya ng lithium sa merkado,” sabi ni Zheng Chen, isang propesor ng nanoengineering sa Unibersidad ng California, San Diego.

May problema ba? “Hindi epektibo ang pag-recycle ng mga bateryang ito.” “Nakaharap ito sa parehong dilemma tulad ng mga plastik – ang materyal mismo ay mura, ngunit ang paraan upang i-recycle ito ay hindi mura,” sabi ni Chen.

Ang mga bagong teknolohiya sa pag-recycle na binuo ni Chen at ng kanyang koponan ay maaaring mabawasan ang mga gastos na ito. Gumagana ang teknolohiya sa mababang temperatura (60 hanggang 80 degrees Celsius) at ambient pressure, kaya mas kaunting kuryente ang kumokonsumo nito kaysa sa ibang mga pamamaraan. Dagdag pa, ang mga kemikal na ginagamit nito, tulad ng lithium, nitrogen, tubig, at citric acid, ay mura at banayad.

“Ang buong proseso ng pag-recycle ay isinasagawa sa ilalim ng napakaligtas na mga kondisyon, kaya hindi namin kailangan ng anumang mga espesyal na hakbang sa kaligtasan o espesyal na kagamitan,” sabi ni Pan Xu, ang nangungunang may-akda ng pag-aaral at isang postdoctoral researcher sa lab ni Chen. Iyon ang dahilan kung bakit ang aming mga gastos sa pag-recycle ng baterya ay mababa. ”

Una, ni-recycle ng mga mananaliksik ang mga baterya ng LFP hanggang sa mawala ang kalahati ng kanilang kapasidad sa imbakan. Pagkatapos ay i-disassemble nila ang baterya, kinuha ang cathode powder nito, at ibinabad ito sa isang solusyon ng lithium salts at citric acid. Susunod, hinugasan nila ang solusyon sa tubig at pinahintulutan ang pulbos na matuyo bago ito pinainit.

Ginamit ng mga mananaliksik ang pulbos upang gumawa ng mga bagong cathode, na nasubok sa mga cell ng Button at pouch cell. Ang pagganap ng electrochemical, komposisyon at istraktura ng kemikal ay ganap na naibalik sa orihinal na estado.

Habang ang baterya ay patuloy na nire-recycle, ang katod ay sumasailalim sa dalawang mahahalagang pagbabago sa istruktura na nagpapababa sa pagganap nito. Ang una ay ang pagkawala ng mga lithium ions, na bumubuo ng mga voids sa istraktura ng katod. Pangalawa, ang isa pang pagbabago sa istruktura ay naganap kapag ang mga iron at lithium ions sa istraktura ng kristal ay nagpapalitan ng mga lugar. Kapag nangyari iyon, ang mga ion ay hindi madaling lumipat pabalik, kaya ang mga lithium ion ay natigil at hindi maaaring umikot sa baterya.

Ang pamamaraan ng paggamot na iminungkahi sa pag-aaral na ito ay unang naglalagay ng mga lithium ions, upang ang mga iron ions at lithium ions ay madaling maibalik sa kanilang orihinal na mga posisyon, at sa gayon ay maibabalik ang istraktura ng cathode. Ang ikalawang hakbang ay ang paggamit ng citric acid, na nagsisilbing reducing agent para mag-donate ng mga electron sa ibang substance. Naglilipat ito ng mga electron sa mga iron ions, na binabawasan ang kanilang positibong singil. Pinaliit nito ang pagtanggi ng electron at pinipigilan ang mga iron ions na bumalik sa kanilang orihinal na mga posisyon sa istraktura ng kristal, habang naglalabas ng mga lithium ions pabalik sa cycle.

Habang ang pangkalahatang pagkonsumo ng enerhiya ng proseso ng pag-recycle ay mababa, sinabi ng mga mananaliksik na kailangan ang karagdagang pananaliksik sa logistik ng pagkolekta, pagdadala at pagtatapon ng malalaking dami ng mga baterya.

“Ang susunod na hamon ay upang malaman kung paano i-optimize ang mga prosesong logistik na ito.” “Dadalhin nito ang aming teknolohiya sa pag-recycle ng isang hakbang na mas malapit sa pang-industriya na aplikasyon,” sabi ni Chen.