Qayta ishlash bilan bog’liq qiyinchiliklardan biri shundaki, materialning o’zi arzon va qayta ishlash jarayoni arzon emas. Yangi texnologiya xarajatlarni yanada kamaytirish va ekologik toza ingredientlardan foydalanish orqali lityum batareyalarni qayta ishlashni kuchaytirishga umid qilmoqda.

Yangi davolash usuli ishlatilgan katod materialini asl holatiga qaytarishi mumkin, bu esa qayta ishlash xarajatlarini yanada kamaytiradi. San-Diyegodagi Kaliforniya universiteti nanoengineerlari tomonidan ishlab chiqilgan texnologiya hozirda qo‘llanilayotgan usullardan ko‘ra ekologik jihatdan qulayroqdir. U yashilroq xom ashyolardan foydalanadi, energiya sarfini 80-90 foizga, issiqxona gazlari chiqindilarini esa 75 foizga kamaytiradi.

Tadqiqotchilar 12-noyabrda Joulda chop etilgan maqolada o‘z ishlarini batafsil bayon qiladi.

Ushbu usul, ayniqsa, lityum temir fosfat (LFP) dan tayyorlangan katodlar uchun juda mos keladi. LFP katodli batareyalar boshqa lityum batareyalarga qaraganda arzonroq, chunki ular kobalt yoki nikel kabi qimmatbaho metallardan foydalanmaydi. LFP batareyalari ham mustahkamroq va xavfsizroqdir. Ular elektr asboblari, elektr avtobuslari va elektr tarmoqlarida keng qo’llaniladi. Tesla Model 3 ham LFP batareyalaridan foydalanadi.

“Ushbu afzalliklarni hisobga olgan holda, LFP batareyalari bozordagi boshqa lityum batareyalarga nisbatan raqobatbardosh ustunlikka ega bo’ladi”, dedi San-Diegodagi Kaliforniya universitetining nanoengineering professori Zheng Chen.

Muammo bormi? “Ushbu batareyalarni qayta ishlash iqtisodiy jihatdan samarali emas.” “U plastmassa bilan bir xil muammoga duch kelmoqda – materialning o’zi arzon, ammo uni qayta ishlash usuli arzon emas”, dedi Chen.

Chen va uning jamoasi tomonidan ishlab chiqilgan yangi qayta ishlash texnologiyalari bu xarajatlarni kamaytirishi mumkin. Texnologiya past haroratlarda (60 dan 80 darajagacha) va atrof-muhit bosimida ishlaydi, shuning uchun u boshqa usullarga qaraganda kamroq elektr energiyasini sarflaydi. Bundan tashqari, u foydalanadigan litiy, azot, suv va limon kislotasi kabi kimyoviy moddalar arzon va yumshoq.

“To’liq qayta ishlash jarayoni juda xavfsiz sharoitlarda amalga oshiriladi, shuning uchun bizga hech qanday maxsus xavfsizlik choralari yoki maxsus jihozlar kerak emas”, dedi Pan Xu, tadqiqotning etakchi muallifi va Chen laboratoriyasining doktorlikdan keyingi tadqiqotchisi. Shuning uchun batareyalarimizni qayta ishlash xarajatlari past. ”

Birinchidan, tadqiqotchilar LFP batareyalarini saqlash hajmining yarmini yo’qotmaguncha qayta ishladilar. Keyin ular akkumulyatorni qismlarga ajratishdi, uning katod kukunini yig’ishdi va uni litiy tuzlari va limon kislotasi eritmasida namlashdi. Keyinchalik, ular eritmani suv bilan yuvishdi va uni isitishdan oldin kukunni quritishga ruxsat berishdi.

Tadqiqotchilar kukunni yangi katodlar yaratish uchun ishlatishdi, ular tugma hujayralari va sumka hujayralarida sinovdan o’tkazildi. Uning elektrokimyoviy ko’rsatkichlari, kimyoviy tarkibi va tuzilishi asl holatiga to’liq tiklanadi.

Batareyani qayta ishlash davom etar ekan, katod uning ish faoliyatini kamaytiradigan ikkita muhim tarkibiy o’zgarishlarga uchraydi. Birinchisi, katod strukturasida bo’shliqlar hosil qiluvchi lityum ionlarining yo’qolishi. Ikkinchidan, kristall strukturasidagi temir va litiy ionlari o’rin almashganda yana bir strukturaviy o’zgarish sodir bo’ldi. Bu sodir bo’lganda, ionlar osongina orqaga o’ta olmaydi, shuning uchun litiy ionlari yopishib qoladi va batareyada aylana olmaydi.

Ushbu tadqiqotda tavsiya etilgan davolash usuli birinchi navbatda lityum ionlarini to’ldiradi, shuning uchun temir ionlari va litiy ionlari osongina dastlabki holatiga qaytarilishi va shu bilan katod tuzilishini tiklashi mumkin. Ikkinchi bosqich – elektronlarni boshqa moddaga berish uchun qaytaruvchi vosita sifatida ishlaydigan limon kislotasidan foydalanish. U elektronlarni temir ionlariga o’tkazadi, ularning musbat zaryadini kamaytiradi. Bu elektronning qaytarilishini kamaytiradi va temir ionlarining kristall tuzilmasidagi dastlabki holatiga qaytishiga yo’l qo’ymaydi, shu bilan birga litiy ionlarini tsiklga qaytaradi.

Qayta ishlash jarayonining umumiy energiya iste’moli past bo’lsa-da, tadqiqotchilar katta miqdordagi batareyalarni yig’ish, tashish va yo’q qilish logistikasi bo’yicha qo’shimcha tadqiqotlar zarurligini ta’kidlamoqda.

“Keyingi vazifa bu logistika jarayonlarini qanday optimallashtirishni aniqlashdir.” “Bu bizning qayta ishlash texnologiyamizni sanoat qo’llanilishiga bir qadam yaqinlashtiradi”, dedi Chen.