Научниците развија постапка што ги обновува истрошените електроди и значително го скратува скапиот и сложен процес на рециклирање на батериите
Научници од Универзитетот Корнел развија електрохемиска бања што може да им врати дури 95 проценти од првичниот капацитет на истрошените литиум-јонски батерии. За разлика од класичните методи на рециклирање, новата постапка не бара целосно уништување на батеријата и сложено издвојување на материјалите, туку директно ги обновува постојните електроди.
Методата, наречена Direct Electrode-to-Electrode Regeneration (DEER), се заснова на вадење на структурно зачуваните електроди од старата батерија. Потоа тие се поврзуваат со струен колектор и се потопуваат во раствор што го содржи соединението 1,3-диметил-2-имидазолидинон.
Со стареењето на батеријата, на електродите постепено се формира слој познат како меѓуфаза на цврст електролит (SEI). Овој тенок слој е неопходен за нормално функционирање на батеријата, но по стотици или илјадници циклуси на полнење станува сè подебел. Како последица на тоа, се зголемува електричниот отпор, а расположливиот капацитет на батеријата постепено се намалува.
Електрохемиската бања ги обновува електродите без дробење и без извлекување на вредните метали
Иако ваквиот процес значително ги влошува перформансите на батеријата, самите електроди често остануваат физички неоштетени. Тие и понатаму содржат вредни материјали како што се литиум, никел, кобалт, манган, бакар и алуминиум.
Кај конвенционалното рециклирање, батериските пакети најпрво целосно се празнат и се расклопуваат до ниво на поединечни ќелии. Потоа ќелиите се дробат и се мелат, по што од добиената маса се издвојуваат пластиката и металите. Преостанатиот црн прав, познат како „црна маса“, дополнително се обработува со пирометалуршки или хидрометалуршки процеси, кои бараат големи количества енергија, време и хемикалии.
Методата DEER го избегнува овој сложен процес. Електрохемискиот раствор го раствора прекумерно задебелениот SEI-слој, додека структурата на електродата останува зачувана. Обновените електроди потоа можат директно да се вградат во нова батерија.
Постапката зад себе остава и тенок слој од литиум-флуорид, кој ја стабилизира електродата и го забавува повторното формирање на меѓуфазата. Благодарение на тоа, регенерираните батерии покажале подобра стабилност во следните циклуси отколку што истражувачите очекувале.
„Ги поправаме во нивната постојна форма, без дробење и претворање во прав, а потоа ги вградуваме во нова батерија“, објаснува Вибха Калра, раководител на проектот и професор по хемија на Универзитетот Корнел. Според неа, растворањето на наслагите овозможува враќање на 95 проценти од капацитетот, при што значително се скратува целиот циклус на рециклирање.
Анализите спроведени со помош на софтверот на американскиот центар ReCell покажале дека методата DEER може да ги намали трошоците за производство на батериски ќелии од рециклирани материјали за 56 проценти. Во исто време, постапката ја намалува потрошувачката на вода, емисијата на штетни материи и количината на енергија потребна за рециклирање.
Истражувачите, по нов период на користење, повторно ја подложиле обновената батерија на DEER-постапката. Дури и по втората регенерација, односно во текот на нејзиниот трет работен век, батеријата задржала околу 90 проценти од првичниот капацитет.
Тековната верзија на технологијата првенствено ги решава проблемите предизвикани од растот на SEI-слојот. Следната цел на истражувачите е постапката да се примени и за други форми на деградација, вклучувајќи го и губењето на литиумот. Со тоа би можело да се обновуваат и батерии чија состојба е намалена под вообичаените 70 до 80 проценти, кога батериите во електричните возила најчесто се повлекуваат од употреба. Според проценките, ваквата технологија би можела значително да го продолжи животниот век на батериите и да ги намали трошоците и влијанието врз животната средина.
