A Cornell Egyetem kutatói olyan módszert fejlesztettek ki, amely közvetlenül regenerálja az elhasznált lítium-ion akkumulátorok elektródáit, ahelyett, hogy összetörnék és kivonnák belőlük az anyagokat. A csapat szerint a közvetlen elektródáról elektródára történő regenerációnak (DEER) nevezett eljárás lehetővé teszi az akkumulátor eredeti kapacitásának 95%-ának visszanyerését, és 56%-kal csökkentheti az újrahasznosított cellák előállítási költségét.
Az előleg, megjelent a magazinban Energia- és környezettudománya lítium-ion akkumulátorok egyik fő problémájával foglalkozik: az elektrolit szilárd határfelületi rétegének, az SEI-nek a kialakulásával és megvastagodásával. Ez a réteg kis mennyiségben szükséges, de több száz vagy több ezer töltési ciklussal vastagabbá válik, növeli az ellenállást és csökkenti a kapacitást.
Ez az egyik fő oka az elektromos járművek akkumulátorainak és helyhez kötött tárolórendszereinek kopásának, amelyeket általában akkor távolítanak el, amikor szerkezetük nagy része még sértetlen.
A hagyományos újrahasznosítás tönkreteszi ezt a szerkezetet: kisüti az akkumulátorokat, lecsupaszítja őket a cellákig, összezúz vagy porrá töri őket, és összetett, energiaigényes folyamatokat – pirometallurgiát vagy hidrometallurgiát – alkalmaz a kritikus ásványi anyagok, például lítium, nikkel, kobalt, mangán, réz és alumínium kinyerésére. Ehelyett a Cornell-módszer kinyitja az akkumulátort, eltávolítja az ép elektródákat, áramkollektorhoz csatlakoztatja, és 1,3-dimetil-2-imidazolidinonnal készült fürdőbe meríti.
Az oldat feloldja a megvastagodott SEI réteget, és az elektródákat ismét használatra készen hagyja. Ezenkívül a folyamat vékony lítium-fluorid réteget hagy maga után, amely segít stabilizálni az elektródát és lassítani a jövőbeni interfész növekedést. Ennek köszönhetően a regenerált akkumulátorok a vártnál is jobb ciklusstabilitást mutattak.
„Úgy javítjuk meg őket, ahogy vannak, anélkül, hogy összetörnénk vagy porítanánk őket, majd visszahelyezzük őket egy új akkumulátorba” – magyarázza Vibha Kalra, a projekt vezetője és a Cornell vegyészmérnöki professzora. „A feloldódás alapvetően az, ami segít az akkumulátornak visszanyerni kapacitását. Ez 95%-os helyreállítást mutat.”
A kutatók műszaki-gazdasági és környezeti hatáselemzéseket is végeztek nyílt forráskódú szoftverrel, amelyet az Argonne National Laboratory ReCell Center munkatársai fejlesztettek ki. Az eredmények azt mutatták, hogy a DEER 56%-kal csökkentené az újrahasznosított cellák gyártási költségeit, és csökkentené a levegőszennyezést és a vízfelhasználást a hagyományos módszerekhez képest.
A csapat továbbment: amikor a regenerált akkumulátor ismét elvesztette kapacitását az új SEI kialakulása miatt, egy második DEER ciklusnak vetették alá. Az immár „harmadik életévét” járó akkumulátor megőrizte eredeti kapacitásának körülbelül 90%-át. Egyelőre a technológia a SEI által okozott károkra összpontosít, de a kutatók ki akarják terjeszteni a lebomlás egyéb formáira, például a lítiumveszteségre, és alkalmazni kívánják az ipari akkumulátorokra és a nagy tárolórendszerekre is.
