Một trong những khó khăn đối với việc tái chế là giá thành của nguyên liệu thấp và quy trình tái chế không hề rẻ. Một công nghệ mới hy vọng sẽ thúc đẩy việc tái chế pin lithium bằng cách giảm hơn nữa chi phí và sử dụng các thành phần thân thiện với môi trường.

Một kỹ thuật xử lý mới có thể đưa vật liệu catốt đã qua sử dụng trở lại trạng thái ban đầu, giảm chi phí tái chế hơn nữa. Được phát triển bởi các kỹ sư nano tại Đại học California, San Diego, công nghệ này thân thiện với môi trường hơn các phương pháp hiện đang được sử dụng. Nó sử dụng các nguyên liệu thô xanh hơn, giảm tiêu thụ năng lượng từ 80 đến 90% và giảm phát thải khí nhà kính xuống 75%.

Các nhà nghiên cứu trình bày chi tiết công việc của họ trong một bài báo được xuất bản ngày 12 tháng XNUMX tại Joule.

Kỹ thuật này đặc biệt lý tưởng cho các cực âm làm bằng lithium iron phosphate (LFP). Pin cực âm LFP rẻ hơn các loại pin lithium khác vì chúng không sử dụng kim loại quý như coban hoặc niken. Pin LFP cũng bền hơn và an toàn hơn. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các công cụ điện, xe buýt điện và lưới điện. Tesla Model 3 cũng sử dụng pin LFP.

Zheng Chen, giáo sư về kỹ thuật nano tại Đại học California, San Diego, cho biết: “Xem xét những lợi thế này, pin LFP sẽ có lợi thế cạnh tranh hơn so với các loại pin lithium khác trên thị trường.

Có vấn đề gì không? “Việc tái chế những viên pin này không hiệu quả về chi phí”. Chen nói: “Nó phải đối mặt với tình thế khó xử tương tự như nhựa – vật liệu này đã rẻ, nhưng cách tái chế nó không hề rẻ.

Các công nghệ tái chế mới do Chen và nhóm của ông phát triển có thể làm giảm những chi phí này. Công nghệ hoạt động ở nhiệt độ thấp (60 đến 80 độ C) và áp suất môi trường nên tiêu thụ ít điện hơn so với các phương pháp khác. Thêm vào đó, các hóa chất mà nó sử dụng, như liti, nitơ, nước và axit xitric, rẻ và nhẹ.

Pan Xu, tác giả chính của nghiên cứu và là nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Chen cho biết: “Toàn bộ quá trình tái chế được thực hiện trong điều kiện rất an toàn, vì vậy chúng tôi không cần bất kỳ biện pháp an toàn đặc biệt hoặc thiết bị đặc biệt nào. Đó là lý do tại sao chi phí tái chế pin của chúng tôi thấp. ”

Đầu tiên, các nhà nghiên cứu tái chế pin LFP cho đến khi chúng mất một nửa dung lượng lưu trữ. Sau đó, họ tháo rời pin, thu thập bột catốt của nó và ngâm nó vào dung dịch muối lithium và axit xitric. Tiếp theo, họ rửa sạch dung dịch bằng nước và để bột khô trước khi đun.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng loại bột này để tạo ra các cực âm mới, đã được thử nghiệm trong tế bào Nút và tế bào túi. Hiệu suất điện hóa, thành phần hóa học và cấu trúc của nó được khôi phục hoàn toàn về trạng thái ban đầu.

Khi pin tiếp tục được tái chế, cực âm trải qua hai thay đổi cấu trúc quan trọng làm giảm hiệu suất của nó. Đầu tiên là sự mất đi các ion liti, tạo thành các khoảng trống trong cấu trúc catốt. Thứ hai, một sự thay đổi cấu trúc khác xảy ra khi các ion sắt và liti trong cấu trúc tinh thể đổi chỗ cho nhau. Một khi điều đó xảy ra, các ion không thể dễ dàng chuyển đổi trở lại, do đó, các ion lithium bị mắc kẹt và không thể chạy qua pin.

Phương pháp xử lý được đề xuất trong nghiên cứu này trước hết bổ sung các ion liti, để các ion sắt và ion liti có thể dễ dàng chuyển trở lại vị trí ban đầu, do đó khôi phục cấu trúc catốt. Bước thứ hai là sử dụng axit xitric, chất này đóng vai trò là chất khử để nhường electron cho chất khác. Nó chuyển các điện tử cho các ion sắt, làm giảm điện tích dương của chúng. Điều này giảm thiểu lực đẩy điện tử và ngăn các ion sắt quay trở lại vị trí ban đầu của chúng trong cấu trúc tinh thể, đồng thời giải phóng các ion liti trở lại chu trình.

Trong khi mức tiêu thụ năng lượng tổng thể của quá trình tái chế là thấp, các nhà nghiên cứu cho biết cần nghiên cứu thêm về hậu cần thu gom, vận chuyển và xử lý số lượng lớn pin.

“Thách thức tiếp theo là tìm ra cách tối ưu hóa các quy trình hậu cần này”. “Điều này sẽ đưa công nghệ tái chế của chúng tôi tiến gần hơn đến ứng dụng công nghiệp,” Chen nói.