Учени откриха начин да възстановяват остарелите батерии на електромобилите, без да ги разграждат до съставните им части

Изследователи от Университета „Корнел“ са разработили начин за възстановяване на литиево-йонни батерии, без първо да ги разграждат до съставните им части. Техният метод, наречен Direct Electrode-to-Electrode Regeneration, или DEER възстановява износените електроди на батериите, така че те да могат да бъдат използвани отново. Резултатите сочат, че някои батерии за електромобили биха могли да бъдат възстановени на по-ниска цена и с по-малко енергия в сравнение с конвенционалните методи за рециклиране, въпреки че процесът няма да работи за всяка износена клетка.

Работата се фокусира върху често срещан проблем при остаряващите литиево-йонни батерии. Докато те се зареждат и разреждат, върху електродите им се образува слой, известен като твърда електролитна интерфаза (SEI). Наличието на известно количество SEI е необходимо, но прекаленото му количество забавя движението на електроните и намалява капацитета на батерията.

При процеса, разработен в Корнел изследователите са разглобили употребяваните клетки и са поставили електродите в електрохимична баня, съдържаща 1,3-диметил-2-имидазолидинон (DMI). Третирането премахва по-дебелия слой SEI, без да унищожава самия електрод. Възстановените електроди могат след това да се използват за изработване на нови батерийни клетки.

Изследователите съобщиха, че регенерираните клетки са възстановили до 95% от първоначалния си капацитет. Те също така са установили, че третираните батерии се износват по-бавно от нетретираните. Нетретираните износени батерии са губели капацитет със скорост от 0,072% на цикъл, в сравнение с 0,042% на цикъл за батериите, възстановени чрез DEER. По-ниската скорост на износване се е запазила за около 800 цикъла, преди да започне да се увеличава. Втори цикъл на обработка е възстановил капацитета на вече регенерирана батерия до 90% от първоначалния ѝ капацитет. Това подсказва, че процесът може да удължи експлоатационния живот на електродите повече от веднъж, в зависимост от състоянието на батерията.

Подходът се различава от повечето търговски методи за рециклиране. Конвенционалните системи обикновено раздробяват или смачкват изхабените батерии до смес, наречена „черна маса“. След това рециклиращите предприятия използват висока температура, химикали или и двете, за да извличат литий, кобалт, никел, манган, мед и алуминий. Тези методи позволяват извличането на ценни материали, но в същото време унищожават електроди и други части, които все още могат да бъдат използвани. DEER разглежда батерията не толкова като източник на метали, колкото като устройство с компоненти, които могат да бъдат ремонтирани.

Това би могло да бъде полезно за батериите на електромобилите. Батерийните пакети на електромобилите често се изваждат от превозните средства, след като капацитетът им спадне до около 70-80% от първоначалния. В този момент батериите може вече да не отговарят на изискванията за пробег и експлоатационни характеристики, но много от техните електроди все още могат да функционират.

Методът на Корнел не е подходящ за всяка батерия. Той дава най-добри резултати, когато загубата на производителност се дължи главно на натрупване на SEI. Батериите с загуба на литий, напукани частици, структурни повреди или механични неизправности все пак ще се нуждаят от конвенционално рециклиране. Съществуват и практически пречки. Електродите трябва да бъдат извадени от батерията, обработени и измити, преди да могат да бъдат използвани повторно. Изследователите са се опитали да инжектират разтвора на DMI директно в неповредени клетки, но резултатите са били незадоволителни. Това означава, че една търговска версия на процеса би изисквала разглобяване на батерията и внимателно боравене с електродните материали.

Корнел оценява, че рециклираните чрез DEER клетки биха могли да струват 15,25 долара на килограм, в сравнение с 26,31 долара на килограм за рециклиране чрез пирометалургия или хидрометалургия. Оценката не включва възстановяването на DMI разтвора, което съставлява около 63% от разходите по процеса. Повторното използване на този химикал би могло да подобри икономическата ефективност, ако методът премине отвъд лабораторните тестове.

Изследването идва в момент, когато компаниите за рециклиране на батерии и изследователите търсят начини за справяне с нарастващото количество остаряващи батерии за електромобили. Докато много от тези методи продължават да са насочени към извличането на метали, DEER предлага различен подход. Вместо незабавно да разгражда изхабената батерия до нейните химически съставки, технологията се опитва да спаси електрода, преди тази стъпка да стане необходима.