Η έξαρση των ηλεκτρικών οχημάτων έχει φέρει μαζί της έναν αυξανόμενο σωρό από αποσυρμένες μπαταρίες ιόντων λιθίου που είναι δύσκολο και δαπανηρό να ανακυκλωθούν. Ενώ αυτές οι μπαταρίες εξακολουθούν να περιέχουν πολύτιμα μέταλλα όπως νικέλιο, κοβάλτιο και λίθιο, οι περισσότερες τεχνικές ανακύκλωσης καταστρέφουν την ίδια τη δομή που τις έκανε αποτελεσματικές εξαρχής.
Mια νέα μέθοδος ανακύκλωσης
Μια ομάδα από το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας Huazhong ισχυρίζεται τώρα ότι βρήκε έναν καλύτερο τρόπο που αποκαθιστά, αντί να ανακατασκευάζει, το υλικό στο εσωτερικό. Η μέθοδος τους με βάση το τηγμένο άλας αναγεννά άμεσα τις υποβαθμισμένες καθόδους μπαταριών, επιτρέποντάς τους να ανακτήσουν την απόδοση και τη δομή τους με ελάχιστα απόβλητα.
Η παραδοσιακή ανακύκλωση συνήθως εξάγει μέταλλα από τις χρησιμοποιημένες μπαταρίες μέσω χημικών ή θερμικών διεργασιών. Τα μέταλλα μπορούν στη συνέχεια να επαναχρησιμοποιηθούν, αλλά η περίπλοκη ατομική διάταξη που κάποτε επέτρεπε την αποθήκευση υψηλής ενέργειας χάνεται στη διαδικασία.
«Η παραδοσιακή ανακύκλωση μπορεί να ανακτήσει μέταλλα, αλλά δεν μπορεί να επαναφέρει την αρχική ατομική δομή του υλικού», δήλωσε ο αντίστοιχος συγγραφέας Yang Yang.
«Η μέθοδός μας επιτρέπει στην υποβαθμισμένη κάθοδο να αναγεννηθεί, ανακτώντας την κρυσταλλική της τάξη και την υψηλή χωρητικότητά της».
Οι ερευνητές επικεντρώθηκαν σε ένα υλικό γνωστό ως NCM811 ή LiNi₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁O₂, ένα βασικό συστατικό στις σύγχρονες μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων λόγω της υψηλής ενεργειακής του πυκνότητας.
Μετά από χρόνια φόρτισης και εκφόρτισης, το NCM811 χάνει λίθιο και αναπτύσσει ελαττώματα που αποδυναμώνουν την απόδοσή του.
Για να αντιμετωπίσει αυτό, η ομάδα χρησιμοποίησε ένα τριαδικό τηγμένο άλας φτιαγμένο από υδροξείδιο του λιθίου, νιτρικό λίθιο και σαλικυλικό λίθιο. Όταν θερμαίνεται, το τηγμένο άλας μετατρέπεται σε υγρό μέσο που επιτρέπει στα ιόντα λιθίου να ρέουν ελεύθερα.
Αυτά τα ιόντα διεισδύουν στο κατεστραμμένο υλικό, επιδιορθώνοντας τα ελαττώματα ενώ παράλληλα βοηθούν τα άτομα να επιστρέψουν στην αρχική, οργανωμένη δομή τους.
Αποκατεστημένη δομή και απόδοση
Η μικροσκοπική ανάλυση αποκάλυψε ότι οι επισκευασμένες κάθοδοι ανέκτησαν μια ομοιόμορφη, μονοκρυσταλλική δομή, με το ανεπιθύμητο επιφανειακό στρώμα "ορυκτού άλατος" να έχει αφαιρεθεί πλήρως.
Το αναζωογονημένο υλικό έδειξε αρχική χωρητικότητα εκφόρτισης 196 χιλιοστοαμπέρ ανά γραμμάριο και διατήρησε το 76% αυτής της χωρητικότητας μετά από 200 κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης, ξεπερνώντας τα περισσότερα τρέχοντα αποτελέσματα ανακύκλωσης.
«Αυτή η διαδικασία θεραπεύει αποτελεσματικά την εσωτερική και επιφανειακή ζημιά του υλικού της καθόδου», δήλωσε ο πρώτος συγγραφέας Fangshu He.
«Δεν αντικαθιστά μόνο το χαμένο λίθιο, αλλά αποκαθιστά επίσης την οργανωμένη στρωματοποιημένη δομή που είναι το κλειδί για τη μεγάλη διάρκεια ζωής της μπαταρίας».
Επειδή η διαδικασία τηγμένου άλατος λειτουργεί σε χαμηλότερες θερμοκρασίες και αποφεύγει τα σκληρά οξέα ή τους τοξικούς διαλύτες, μειώνει σημαντικά τόσο την κατανάλωση ενέργειας όσο και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις.
Η ομάδα λέει ότι αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να αποτελέσει τη βάση για ένα σύστημα κλειστού βρόχου στο οποίο οι χρησιμοποιημένες μπαταρίες μετατρέπονται απευθείας σε υλικά υψηλής ποιότητας για νέες.
Προς μια κλιμακωτή πράσινη ανακύκλωση
Οι ερευνητές αναγνωρίζουν ότι το έργο τους βρίσκεται ακόμη στο εργαστηριακό στάδιο. Σχεδιάζουν να βελτιστοποιήσουν τη διαδικασία για παραγωγή σε βιομηχανική κλίμακα και να διεξάγουν μια πλήρη ανάλυση κύκλου ζωής για να αξιολογήσουν την περιβαλλοντική απόδοση και την οικονομική αποδοτικότητα.
Εάν εφαρμοστεί με επιτυχία, η μέθοδος της λιωμένης αλατιέρας θα μπορούσε να βοηθήσει στην αντιμετώπιση μιας από τις μεγαλύτερες προκλήσεις βιωσιμότητας στην ηλεκτρική κινητικότητα, που αφορούν το τι πρέπει να κάνουμε με τις χρησιμοποιημένες μπαταρίες. Αναβιώνοντας τις παλιές καθόδους αντί να τις σπάμε, η διαδικασία θα μπορούσε να κάνει την ανακύκλωση μπαταριών καθαρότερη και πιο κυκλική.
www.worldenergynews.gr
