Geri dönüşümle ilgili zorluklardan biri, malzemenin kendisinin maliyetinin düşük olması ve geri dönüşüm sürecinin ucuz olmamasıdır. Yeni bir teknoloji, maliyetleri daha da azaltarak ve çevre dostu malzemeler kullanarak lityum pillerin geri dönüşümünü artırmayı umuyor.

Yeni bir arıtma tekniği, kullanılmış katot malzemesini orijinal durumuna geri döndürebilir ve geri dönüşüm maliyetlerini daha da düşürür. San Diego’daki California Üniversitesi’ndeki nanomühendisler tarafından geliştirilen teknoloji, şu anda kullanılan yöntemlerden daha çevre dostu. Daha yeşil hammaddeler kullanır, enerji tüketimini yüzde 80 ila 90 oranında azaltır ve sera gazı emisyonlarını yüzde 75 oranında azaltır.

Araştırmacılar, 12 Kasım’da Joule’de yayınlanan bir makalede çalışmalarını detaylandırıyorlar.

Bu teknik özellikle lityum demir fosfattan (LFP) yapılan katotlar için idealdir. LFP katot piller, kobalt veya nikel gibi değerli metaller kullanmadıkları için diğer lityum pillerden daha ucuzdur. LFP piller ayrıca daha dayanıklı ve daha güvenlidir. Elektrikli el aletlerinde, elektrikli otobüslerde ve elektrik şebekelerinde yaygın olarak kullanılırlar. Tesla Model 3 ayrıca LFP pilleri kullanır.

San Diego California Üniversitesi’nde nanomühendislik profesörü Zheng Chen, “Bu avantajlar göz önüne alındığında, LFP piller piyasadaki diğer lityum pillere göre rekabet avantajına sahip olacak” dedi.

Problem var mı? “Bu pilleri geri dönüştürmek uygun maliyetli değil.” Chen, “Plastiklerle aynı ikilemle karşı karşıya – malzemenin kendisi ucuz, ancak onu geri dönüştürmenin yolu ucuz değil” dedi.

Chen ve ekibi tarafından geliştirilen yeni geri dönüşüm teknolojileri bu maliyetleri azaltabilir. Teknoloji, düşük sıcaklıklarda (60 ila 80 santigrat derece) ve ortam basıncında çalışır, bu nedenle diğer yöntemlere göre daha az elektrik tüketir. Ayrıca, kullandığı lityum, nitrojen, su ve sitrik asit gibi kimyasallar ucuz ve hafiftir.

Çalışmanın baş yazarı ve Chen’in laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olan Pan Xu, “Tüm geri dönüşüm süreci çok güvenli koşullar altında gerçekleştiriliyor, bu nedenle herhangi bir özel güvenlik önlemine veya özel ekipmana ihtiyacımız yok” dedi. Bu nedenle pil geri dönüşüm maliyetlerimiz düşüktür. ”

İlk olarak, araştırmacılar LFP pillerini depolama kapasitelerinin yarısını kaybedene kadar geri dönüştürdüler. Daha sonra pili parçalarına ayırdılar, katot tozunu topladılar ve lityum tuzları ve sitrik asit çözeltisine batırdılar. Ardından solüsyonu suyla yıkadılar ve ısıtmadan önce tozun kurumasına izin verdiler.

Araştırmacılar, düğme hücrelerinde ve kese hücrelerinde test edilen yeni katotlar yapmak için tozu kullandılar. Elektrokimyasal performansı, kimyasal bileşimi ve yapısı tamamen orijinal durumuna geri döndürülür.

Pil geri dönüştürülmeye devam ederken, katot performansını azaltan iki önemli yapısal değişikliğe uğrar. Birincisi, katot yapısında boşluklar oluşturan lityum iyonlarının kaybıdır. İkincisi, kristal yapıdaki demir ve lityum iyonları yer değiştirdiğinde başka bir yapısal değişiklik meydana geldi. Bu gerçekleştiğinde, iyonlar kolayca geri dönemezler, bu nedenle lityum iyonları takılıp kalır ve pilde dolaşamaz.

Bu çalışmada önerilen arıtma yöntemi, öncelikle lityum iyonlarını yeniler, böylece demir iyonları ve lityum iyonları kolayca orijinal konumlarına döndürülebilir, böylece katot yapısı geri yüklenir. İkinci adım, elektronları başka bir maddeye bağışlamak için indirgeyici madde olarak işlev gören sitrik asit kullanmaktır. Elektronları demir iyonlarına aktararak pozitif yüklerini azaltır. Bu elektron itmesini en aza indirir ve lityum iyonlarını döngüye geri bırakırken demir iyonlarının kristal yapıdaki orijinal konumlarına geri dönmesini önler.

Geri dönüşüm sürecinin genel enerji tüketimi düşük olsa da araştırmacılar, büyük miktarlarda pillerin toplanması, taşınması ve bertaraf edilmesinin lojistiği konusunda daha fazla araştırmaya ihtiyaç olduğunu söylüyorlar.

“Bir sonraki zorluk, bu lojistik süreçlerin nasıl optimize edileceğini bulmaktır.” Chen, “Bu, geri dönüşüm teknolojimizi endüstriyel uygulamaya bir adım daha yaklaştıracak” dedi.