Batéria sa sama zahreje na 1 000 °C. Vedci elegantne vyriešili obrovský problém elektromobilov

Vedci prišli s prelomovou metódou, ktorá môže zásadne zmeniť recykláciu lítiovo-iónových batérií. Nový prístup umožňuje, aby samotná batéria dodala energiu potrebnú na svoj rozklad, bez nutnosti zložitých chemických procesov či veľkého množstva externého tepla. Výskumníci využili vlastnú chemickú energiu článku ako zdroj tepla, čím dokázali získať späť až 95 % kľúčových kovov.

Tím výskumníkov popísal, že ide o kontrolovaný proces, pri ktorom sa cielene vyvolá tepelný únik vo vnútri vybitej batérie. Táto samonahrievacia reakcia spôsobí, že batéria sa rozohreje zvnútra a jej komplexné chemické vrstvy sa rozložia na jednoduchšie zložky. Vďaka tomu sa znižuje potreba externých energetických vstupov aj použitie nebezpečných chemikálií.

„Priamy tepelný únik zahrieva batériu tak, aby podporil tepelnú redukciu katódy, čím mení termodynamiku a pomalú kinetiku extrakcie prvkov,“ uvádzajú autori štúdie. Podľa nich je „extrakcia prvkov z použitých lítiovo-iónových batérií považovaná za najzrelejšiu a nevyhnutnú cestu recyklácie“.

Batéria sa pred recykláciou „dobíja“

Kľúčom k úspechu je spôsob, akým vedci ovládajú vnútornú teplotu článku. Pred samotným rozkladom batériu znovu nabijú na presne určenú úroveň. Pri experimentoch s 24 Ah článkom s katódou z niklu, mangánu a kobaltu (NMC) dosiahli po nabití na 70 % kapacity vnútornú teplotu približne 1 100 °C.

Takto vzniknuté teplo sa rovnomerne šíri jadrom batérie a premieňa katódové materiály na jednoduchšie formy kovov alebo oxidov, ktoré sa dajú ľahšie rozpustiť. V porovnaní s klasickými postupmi tak proces výrazne šetrí energiu. Jediným významným energetickým vstupom je elektrina použitá na čiastočné nabitie a spustenie reakcie.

FonTech/Gemini

Po ochladení batérie nasleduje jednoduché drvenie a preosievanie, ktoré oddelí väčšie kusy medených a hliníkových fólií. Samotné získavanie materiálov potom prebieha v dvoch fázach. Najprv sa práškový zvyšok premyje vodou, čím sa oddelia rozpustné lítiové soli a získa sa viac ako 60 % lítia. Následne sa použije zriedená kyselina chlorovodíková, ktorá rozpustí zvyšné lítium aj prechodné kovy – nikel, kobalt a mangán.

V článku testovanom pri 70 % nabití sa podarilo získať viac ako 93 % lítia a 95 % ostatných kovov. Zvyškový grafit po lúhovaní obsahoval len minimálne množstvo kovov, čo naznačuje, že by mohol byť opätovne využitý v nových článkoch.

Nová éra ekologickej recyklácie

Nový postup sa zásadne odlišuje od dnešných priemyselných štandardov. Pyrometalurgia síce využíva vysoké teploty nad 1 400 °C, no je energeticky náročná a nešetrná k životnému prostrediu. Hydrometalurgia zas rozpúšťa materiály v silných kyselinách, čo vyžaduje veľké množstvo chemikálií a vytvára kvapalný odpad, ktorý musí byť následne spracovaný.

Nový koncept eliminuje väčšinu týchto krokov. Recyklačný proces je rýchlejší, menej energeticky náročný a podľa štúdie trvá približne 335 minút od začiatku až po úplnú extrakciu materiálov.

Vedci navyše preukázali, že metóda funguje nielen pri článkoch typu NMC, ale aj pri ďalších bežných chemických zloženiach. Pri niektorých variantoch NMC sa podarilo získať viac než 98 % lítia, zatiaľ čo pri batériách bez kobaltu typu LFP (lítium-železo-fosfát) postačilo na získanie približne 87,7 % lítia obyčajné premytie vodou.

Ak sa táto technológia podarí preniesť z laboratórií do priemyselnej praxe, mohla by zásadne znížiť environmentálnu stopu recyklácie batérií – a zároveň ušetriť cenné suroviny, ktoré sú kľúčové pre budúcnosť elektromobility aj obnoviteľných zdrojov energie

Čítajte viac z kategórie: Elektromobilita