Recyklácia lítium-iónových batérií môže byť efektívnejšia s novou technológiou

Ekologickejší proces

Nový proces obnovenia použitých katód by mohol zvýšiť efektívnosť recyklácie lítium-iónových batérií. Metóda, ktorú vyvinuli nanoinžinieri z University of California – San Diego, je ekologickejšia ako súčasné postupy. Používajú sa pri nej zelenšie zložky, spotrebuje sa o 80 až 90 % menej energie a vznikne asi o 75 % menej skleníkových plynov.

Proces funguje obzvlášť dobre na katódach vyrobených z fosforečnanu lítno-železitého, ktorý sa označuje aj skratkou LFP. Batérie s katódami z LFP sú lacnejšie ako iné lítium-iónové batérie, pretože neobsahujú drahé kovy ako kobalt alebo nikel.

LFP batérie majú tiež dlhšiu životnosť a sú bezpečnejšie. Často sa vyskytujú v elektricky poháňanom náradí, elektrických autobusoch a energetických sieťach. Sú súčasťou napríklad aj jedného modelu Tesla.

„Vzhľadom na tieto výhody budú mať LFP batérie konkurenčnú výhodu nad ostatnými lítium-iónovými batériami na trhu,“ hovorí profesor Zheng Chen z UC San Diego.

Problémom však je, že ich recyklácia nie je nákladovo efektívna. „Ide o rovnakú dilemu ako s plastmi – samotný materiál je lacný, ale spôsob jeho spätného získavania nie je,“ vysvetľuje. Nová recyklačná technológia, ktorú vyvinul profesor Chen so svojím tímom, by mohla tieto náklady znížiť.

Funguje pri nízkych teplotách, ktoré sa pohybujú v rozmedzí šesťdesiatich až osemdesiatich stupňov Celzia, a nízkom tlaku okolitého prostredia, vďaka čomu je menej energeticky náročná ako iné metódy. Lacné a neškodné sú tiež chemikálie, ktoré obsahuje, teda lítna soľ, dusík, voda a kyselina citrónová.

„Celý regeneračný proces prebieha za veľmi stabilných podmienok, takže nevyžaduje žiadne špeciálne bezpečnostné opatrenia ani špeciálne vybavenie. Preto môžeme náklady na recykláciu batérií výrazne znížiť,“ uvádza jeden z autorov štúdie, Panpan Xu z Chenovho laboratória.

Obnova štruktúry katódy

Vedci najskôr komerčné LFP články nechali zapojené, kým sa im neminula polovica kapacity na ukladanie energie. Články neskôr rozobrali, zhromaždili z nich katódový prášok a namočili ho do roztoku obsahujúceho lítnu soľ a kyselinu citrónovú. Potom roztok premyli vodou, prášok vysušili a zahriali.

Následne z neho vyrobili nové katódy. V testoch nových katód sa ukázalo, že ich elektrochemická výkonnosť, chemické zloženie a štruktúra boli plne obnovené do pôvodného stavu.

Keď je batéria zapojená, prechádza katóda dvoma hlavnými štrukturálnymi zmenami, ktoré sú zodpovedné za pokles v jej výkone. Prvou je strata lítiových iónov, ktorá vytvára prázdne miesta v štruktúre katódy.

Druhá nastáva, keď si ióny železa a lítia vymenia miesta v kryštálovej štruktúre. Keď k tomuto dôjde, ióny už sa nedokážu vrátiť späť na svoje miesta, takže lítiové ióny zostanú uväznené a batériou už nemôžu ďalej prechádzať.

© PROPERTY & ENVIRONMENT s. r. o. Autorské práva sú vyhradené a vykonáva ich vydavateľ.