Senzacija: Istrošene litij-ionske baterije nisu za otpad. Uz posebnu otopinu može ih se obnoviti na 95 posto kapaciteta

Zastrašujuće zvuči podatak kako se u svijetu godišnje stvara više od 1,2 milijuna tona istrošenih litij-ionskih baterija. Zbog masovne proizvodnje električnih vozila (EV) i potrošačke elektronike, ova količina nezadrživo raste pa procjene stručnjaka pokazuju da će globalni volumen ovog otpada dosegnuti oko dva milijuna tona godišnje do 2030. godine. Ključni izvori otpada su, naravno, električna vozila i potrošačka elektronika. Primjerice, baterije iz električnih automobila čine više od 53 posto ukupnog globalnog otpada od litij-ionskih baterija. Nimalo čudno budući da jedan paket baterija iz automobila teži nekoliko stotina kilograma. Potrošačka elektronika drugi je najveći izvor jer baterije iz mobitela, laptopa, tableta i električnih alata stvaraju ogromni broj pojedinačnih komada otpada.

Inovativna metoda

Tužno je, ali istinito da industrija recikliranja još uvijek ne uspijeva pratiti taj tempo jer se globalno reciklira samo pet posto svih litij-ionskih baterija. A to je prava šteta jer su istrošene baterije potencijalno iznimno vrijedan izvor materijala. Naime, prosječna baterija električnog vozila u sebi sadrži 8 – 12 kg litija, 6 – 14 kg kobalta i 30 – 40 kg nikla...

Zbog svega navedenog sjajno zvuči vijest kako su znanstvenici s privatnog američkog sveučilišta Cornell (član elitne skupine Ivy League) otkrili inovativnu metodu obnove istrošenih litij-ionskih baterija. Rješenje je nedavno detaljno opisano u uglednom časopisu Energy and Environmental Science i vrlo vjerojatno će donijeti prekretnicu po tom pitanju. Naime, u Cornellu su razvili elektrokemijsku “kupku” koja vraća istrošene litij-ionske baterije na 95 posto kapaciteta!

Za razliku od konvencionalnih načina recikliranja, koje uključuju potpuno fizičko uništavanje baterija, nakon čega slijede složeni, energetski intenzivni procesi oporavka za izdvajanje ključnih materijala za izradu novih, metoda znanstvenika izravno regenerira postojeće elektrode pomoću elektrokemijske otopine. Valja znati sljedeće: kako litij-ionske baterije stare, na elektrodama postupno raste sloj nazvan čvrsto-elektrolitna međufaza (SEI). Tanki SEI sloj zapravo je neophodan za rad baterije. Međutim, tijekom stotina ili tisuća ciklusa punjenja postaje sve deblji, povećava otpor i smanjuje njezin kapacitet. Ovaj fenomen jedan je od glavnih uzroka trošenja baterija, što dovodi do toga da se baterije električnih vozila i stacionarni sustavi za pohranu električne energije povlače iz upotrebe, a većina njihove strukture je i dalje netaknuta.

DEER sve rješava

Inovativni proces obnove istrošenih baterija stručnjaci iz Cornella nazivaju “Izravna regeneracija elektroda-elektroda” (DEER). Tijekom tog postupka znanstvenici otvaraju i vade elektrode netaknute. One se potom pričvršćuju na kolektor struje i stavljaju u kupelj koja sadrži 1,3-dimetil-2-imidazolidinon. Otopina otapa problematični debeli SEI sloj ostavljajući obnovljene elektrode spremne za ugradnju u novu bateriju. Proces također ostavlja tanki sloj litijeva fluorida koji pomaže stabilizirati elektrodu i suzbija daljnji rast međufaza. Zahvaljujući ovom preostalom sloju, regenerirane baterije pokazale su još bolju cikličku stabilnost nego što se očekivalo.

– Umjesto usitnjavanja u prah, elektrode popravljamo “kupanjem” i onda ih vraćamo u novu bateriju. Otapanje je u osnovi ono što pomaže bateriji da povrati svoj kapacitet – kazala je Vibha Kalra, voditeljica projekta i profesorica kemijskog inženjerstva na Cornellu.

Koristeći softver otvorenog koda koji su razvili njihovi istraživački suradnici u ReCell centru Nacionalnog laboratorija Argonne, istraživači su proveli tehno-ekonomske i ekološke analize utjecaja kako bi procijenili potencijal DEER-a. Rezultati su otkrili da bi proces smanjio troškove proizvodnje recikliranih ćelija za 56 posto, te istodobno smanjio štetno onečišćenje tvari u zraku, kao i potrošnju vode u usporedbi s konvencionalnim metodama recikliranja.

Može dvaput...

Osim ušteđenih troškova, truda, vremena i energije uklanjanjem procesa ekstrakcije u konvencionalnom recikliranju, DEER također smanjuje troškove proizvodnje novih elektroda. Postavilo se i logično pitanje: što se događa kada obnovljena baterija ponovno izgubi kapacitet zbog SEI taloga, nakon još jednog dugog vijeka trajanja? Istraživači iz Cornella očito imaju i rješenje za taj problem: ponovno su regenerirali bateriju pomoću DEER-a, pri čemu je ona i dalje zadržala oko 90 posto svog izvornog kapaciteta nakon drugog ciklusa regeneracije! Ukratko, senzacija je na pomolu...