Велике зображення: Дослідники Корнельського університету розробили спосіб переробки літій-іонних акумуляторів без розкладання їх на сировину. Їхній метод, який називається прямою регенерацією від електрода до електрода, або DEER, відновлює зношені електроди акумулятора, щоб їх можна було використовувати знову. Результати показують, що деякі батареї електромобілів можна відремонтувати з меншою ціною та з меншими витратами енергії, ніж звичайні методи переробки, хоча цей процес не працює для кожного пошкодженого елемента.
Робота зосереджена на поширеній проблемі старіння літій-іонних батарей: накопиченні електродів. Коли батареї заряджаються та розряджаються, на їхній поверхні утворюється шар, який називається міжфазним твердим електролітом, або SEI. Потрібен певний SEI, але його занадто багато сповільнює рух електронів і зменшує ємність акумулятора.
У процесі Корнелла дослідники відокремлюють використані клітини та поміщають електроди в електрохімічну ванну, що містить 1,3-диметил-2-імідазолідинон, або DMI. Обробка видаляє товстий шар SEI, не руйнуючи сам електрод. Потім регенеровані електроди можна використовувати для виготовлення нових батарейних елементів.
Дослідники повідомили, що регенеровані клітини відновили до 95% своєї початкової ємності. Вони також виявили, що перероблені батареї розкладаються повільніше, ніж необроблені. Послаблені необроблені батареї втрачали 0,072% своєї ємності за цикл, порівняно з 0,042% за цикл для батарей, відновлених DEER. Найнижча швидкість спаду зберігалася протягом приблизно 800 циклів до зростання.
Другий раунд обробки повернув попередньо відновлену батарею до 90% початкової ємності. Це говорить про те, що процес, залежно від стану батареї, може продовжити термін служби електродів не один раз.
Цей підхід відрізняється від більшості комерційних методів переробки. Звичайні системи зазвичай зливають або подрібнюють відпрацьовані батареї в суміш, яка називається чорною целюлозою. Потім нафтопереробники використовують високу температуру, хімічні речовини або те й інше для відновлення літію, кобальту, нікелю, марганцю, міді та алюмінію.
Ці методи відновлюють цінні матеріали, але вони також руйнують електроди та інші частини, які все ще використовуються. DEER вважає батарею не джерелом металів, а більшою мірою пристроєм із компонентами, які підлягають ремонту.
Це може бути корисно для автомобільних акумуляторів. Акумуляторні блоки електромобілів часто знімають з транспортних засобів, коли вони падають приблизно до 70%-80% від початкової ємності. У цей момент батареї можуть перестати відповідати вимогам щодо запасу ходу та продуктивності автомобіля, але багато їхніх електродів можуть усе ще працювати.
Метод Корнелла підходить не для кожної батареї. Це найкраще працює, коли втрата продуктивності в основному спричинена зростанням SEI. Батареї з втратою літію, тріщинами, структурними пошкодженнями або механічними пошкодженнями потребують звичайної обробки.
Існують і практичні перешкоди. Перед повторним використанням електроди необхідно зняти з батареї, обробити та промити. Дослідники спробували ввести розчин DMI безпосередньо в здорові клітини, але результати були поганими. Це означає, що комерційна версія процесу вимагає відокремлення батареї та обережного поводження з матеріалом електрода.
За оцінками Корнелла, клітини, оброблені DEER, можуть коштувати 15,25 доларів за кілограм, у порівнянні з 26,31 долара за переробку за допомогою пірометалургії або гідрометалургії. Розрахунок не включає рішення DMI, на які припадає приблизно 63% витрат на процес. Повторне використання цих хімікатів могло б покращити економіку, якщо цей метод виходить за рамки лабораторних випробувань.
Дослідження проводиться в той час, коли компанії з переробки акумуляторів і дослідники шукають шляхи переробки зростаючої кількості старих акумуляторів електромобілів. Хоча багато з цих методів спрямовані на відновлення металу, DEER пропонує інший варіант. Замість того, щоб негайно зменшити використаний акумулятор до його хімічних компонентів, він намагається зберегти електрод до того, як цей крок стане необхідним.
