Однією з труднощів переробки є те, що вартість самого матеріалу низька, а процес переробки недешевий. Нова технологія сподівається підвищити переробку літієвих батарей за рахунок подальшого зниження витрат і використання екологічно чистих інгредієнтів.

Нова техніка обробки може повернути використаний катодний матеріал до початкового стану, ще більше знизивши витрати на переробку. Технологія, розроблена наноінженерами з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго, є більш екологічною, ніж методи, які використовуються зараз. Він використовує більш екологічно чисту сировину, зменшує споживання енергії на 80-90 відсотків і зменшує викиди парникових газів на 75 відсотків.

Дослідники докладно описують свою роботу в статті, опублікованій 12 листопада в Joule.

Ця техніка особливо ідеальна для катодів з фосфату заліза літію (LFP). Катодні акумулятори LFP дешевші, ніж інші літієві батареї, оскільки в них не використовуються дорогоцінні метали, такі як кобальт або нікель. Акумулятори LFP також довговічніші та безпечніші. Вони широко використовуються в електроінструментах, електробусах та електромережах. Tesla Model 3 також використовує LFP батареї.

«Враховуючи ці переваги, батареї LFP матимуть конкурентну перевагу перед іншими літієвими батареями на ринку», — сказав Чжен Чен, професор наноінженерії в Каліфорнійському університеті в Сан-Дієго.

Чи є якісь проблеми? «Переробляти ці батареї нерентабельно». «Він стикається з тією ж дилемою, що й пластик — сам матеріал дешевий, але спосіб його переробки недешевий», — сказав Чен.

Нові технології переробки, розроблені Ченом та його командою, можуть зменшити ці витрати. Технологія працює при низьких температурах (від 60 до 80 градусів Цельсія) і тиску навколишнього середовища, тому споживає менше електроенергії, ніж інші методи. Крім того, хімічні речовини, які він використовує, такі як літій, азот, вода та лимонна кислота, дешеві та м’які.

«Увесь процес переробки здійснюється в дуже безпечних умовах, тому нам не потрібні спеціальні заходи безпеки чи спеціальне обладнання», – сказав Пан Сюй, провідний автор дослідження та докторант у лабораторії Чена. Тому наші витрати на переробку батарей є низькими. ”

Спочатку дослідники переробили батареї LFP, поки вони не втратили половину своєї ємності. Потім вони розібрали батарею, зібрали катодний порошок і замочили в розчині солей літію та лимонної кислоти. Далі вони промивали розчин водою і давали порошку висохнути перед його нагріванням.

Дослідники використали порошок для виготовлення нових катодів, які були випробувані в клітинках Button і мішечок. Його електрохімічні характеристики, хімічний склад і структура повністю відновлені до початкового стану.

Оскільки акумулятор продовжує перероблятися, катод зазнає двох важливих структурних змін, які знижують його продуктивність. Перший – це втрата іонів літію, які утворюють порожнечі в структурі катода. По-друге, відбулася ще одна структурна зміна, коли іони заліза та літію в кристалічній структурі помінялися місцями. Як тільки це станеться, іони не можуть легко переключитися назад, тому іони літію застрягають і не можуть циклічувати через акумулятор.

Метод лікування, запропонований у цьому дослідженні, по-перше, поповнює іони літію, так що іони заліза та іони літію можна легко повернути назад у вихідні положення, таким чином відновлюючи структуру катода. Другим кроком є ​​використання лимонної кислоти, яка діє як відновник, щоб віддати електрони іншій речовині. Він передає електрони іонам заліза, зменшуючи їх позитивний заряд. Це мінімізує відштовхування електронів і не дає іонам заліза повернутися до вихідних положень у кристалічній структурі, одночасно вивільняючи іони літію назад у цикл.

Хоча загальне споживання енергії в процесі переробки є низьким, дослідники кажуть, що необхідні подальші дослідження щодо логістики збору, транспортування та утилізації великої кількості батарейок.

«Наступне завдання — з’ясувати, як оптимізувати ці логістичні процеси». «Це наблизить нашу технологію переробки на крок до промислового застосування», — сказав Чен.