Литий-ионные батареи с восстановленным катодами работают лучше, чем с новыми

Переработка литий-ионных аккумуляторов только недавно была поставлена на коммерческие рельсы, но производители всё ещё опасаются, что восстановленные компоненты могут быть более низкого качества, чем новые, что будет вести к сокращению срока службы или повреждению батарей.

В надежде развеять эти страхи, профессор материаловедения Уорчестерского политехнического института Ян Ван (Yan Wang) вместе с коллегами, в статье для журнала Joule предложил то, что эксперты назвали наиболее элегантным методом восстановления катода – самого дорогостоящего компонента литий-ионной батареи, от которого в значительной степени зависит поддержание нужного напряжения.

Распространённые методы утилизации, используемые в настоящее время, включают демонтаж и измельчение всей батареи, а затем либо её плавление, либо растворение в кислоте. Ван и его коллеги используют похожий процесс, но их метод сохраняет нетронутой часть ключевого состава старого катода.

Измельчив батарею, они физически удаляют менее дорогие части (такие как электронные схемы и стальной корпус), утилизируя их отдельно. Остаётся в основном катодный материал; они растворяют его в кислоте, а затем удаляют примеси.

Затем добавляется небольшое количество никеля и кобальта, чтобы обеспечить правильное соотношение ингредиентов (еще одно отличие от обычных методов переработки). В конечном результате получается эффективно обновлённый катодный порошок, состоящий из крошечных кристаллических частиц, которые можно наклеить на металлическую полосу и поместить в «новую» батарею.

Было обнаружено, что частицы в восстановленном катодном порошке получаются более пористыми, чем в порошке, изготовленном из вновь добытых минералов, с особенно большими пустотами в центре каждой из них. Эти особенности оставляют кристаллическому материалу катода место для расширения по мере поглощения ионов лития, поэтому такие катоды менее склонны к растрескиванию, чем изготовленные «с нуля».

Больше пор также означает большую площадь активной поверхности, на которой могут происходить химические реакции, необходимые для зарядки батареи, и именно поэтому переработанные батареи Вана заряжаются быстрее, чем их коммерческие аналоги.

«Катод, который они смогли сделать, так же хорош, или даже лучше, чем коммерческий материал, который мы импортируем», — утверждает Линда Гейнс (Linda Gaines), транспортный аналитик Аргоннской национальной лаборатории и главный научный сотрудник ReCell Center, организации, изучающей и продвигающей переработку батарей.

В настоящее время над внедрением нового процесса утилизации катодов в промышленных масштабах работает Ascend Elements (прежнее название, Battery Resourcers), компания по переработке электронных отходов, одним из учредителей которой выступает профессор Ван.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365