E dini se sa qetësuese ndihet një banjë pas një dite të gjatë pune? Shumë herë është si të rigjallërohesh. Rezulton se kjo nuk është e vetme për njerëzit. Shkencëtarët në Universitetin e Cornell kanë zhvilluar një banjë elektrokimike që rikthyesi bateritë e jonëve të litiumit të shpërdoruara në kapacitetin e tyre deri në 100%.
Ndryshe nga metodat e zakonshme të riciklimit të baterive, të cilat përfshijnë shkatërrimin fizik të plotë të baterive, të ndjekura nga procese komplekse dhe energji-intensive për të nxjerrë materialet kritike për prodhimin e baterive, metoda e shkencëtarëve riciklon elektrodet e baterive të jonëve të litiumit drejtëpërdhët. Në vend që të shkatërrojnë elektrodet e tëra, që janë ende në formë, për të nxjerrë materialet që do të përdoren për të bërë elektrodet të tjera, qasja e tyre rigjeneron elektrodet ekzistuese duke përdorur një solucion elektrokimik.
Kërkuesit thonë se kjo metodë riktheu bateritë në 95% të kapacitetit të tyre origjinal dhe madje ndihmoi që bateritë e ricikluara të zgjasnin më shumë. Sipas tyre, metoda mund të ulë edhe kostot e riciklimit me 56%, duke qenë në të njëjtën kohë më miqësore ndaj mjedisit.
Me kalimin e kohës, në bateritë e jonëve të litiumit, formohet një shtresë e quajtur “solid electrolyte interphase” (SEI) që rritet gradualisht në elektrodet. Një shtresë e hollë SEI është e nevojshme për funksionimin e baterisë. Megjithatë, pas qindra ose mijëra cikle ngarkimi, ajo bëhet gjithnjë e më e trashë, duke rritur rezistencën dhe duke ulur kapacitetin e baterisë. Ky fenomen është një nga shkaqet kryesore të dëmtimit të baterisë, duke bërë që bateritë e autombilit elektrik dhe sistemet e ruajtjes së energjisë të largohen nga përdorimi edhe pse shumë nga struktura e tyre është ende e paprekur. Kjo strukturë përfshin elektrodet e mbuluara, të cilat përmbajnë minerale të rëndësishme si litiumi, nikeli, kobalti, manganezi, bakri dhe alumini.
Për të rimëkësuar këto materiale, bateritë e shpërdoruara dërgohen për riciklim. Më e mira është që të riciklohet. Megjithatë, proceset e zakonshme të riciklimit të baterive janë larg idealeve. Fillimisht, bateritë inspektohen dhe de-ngarkohen plotësisht. Më pas, pasi bateritë vijnë si paketa të tëra dhe jo si qeliza të veçanta, ato heqen me kujdes nga të gjitha komponentet dhe sistemet mbështetëse, deri tek qelizat. Qeliza, që përbëhet nga elektrodet, elektroliti dhe separatori, pastaj shkatërrohet mekanikisht, thërryhet ose pulvizohët.
Partikulat e rezultuara klasifikohen përmes teknikave të ndryshme për të hequr pjesët e plastikës dhe metalit, si alumini, bakri dhe çeliku, duke lënë një substancë të zezë dhe të gërryer, e njohur si “black mass”. Atëherë fillohet nxjerrja e materialeve kritike, e cila zakonisht përfshin një nga dy proceset komplekse dhe energji-intensive: pirometalurgjia dhe hidrometalurgjia.
Megjithëse ekzistojnë probleme të tjera me bateritë që dëmtojnë fizikalisht elektrodet, rritja e shtresës SEI, e cila konsiderohet si shkaku kryesor i zbehjes së kapacitetit të baterisë dhe i dekomisionimit në kushtet normale të funksionimit, nuk e shkatërron atë, por thjesht e mbulon. Prandaj, proceset e zakonshme të riciklimit marrin elektrodet e tëra, i pulverizojnë dhe kalojnë nëpër një sërë hapësh kompleksë për të nxjerrë materialet, të cilat më pas mund të përdoren për të bërë… elektrodet!
Sigurisht, gjithë kjo është më e ndërlikuar, por në sipërfaqe, ironia e këtij procesi është e qartë. Kjo është ajo që zgjidhja e Universitetit të Cornell, e detajuar në revistën “Energy and Environmental Science”, synon të zgjidhë. Procesi quhet “Direct Electrode-to-Electrode Regeneration” (DEER). Në këtë proces, në vend që të shkatërrojnë baterinë e shpërdoruar, shkencëtarët e hapin dhe heqin elektrodet të paprekura. Elektrodet më pas lidhen me një kolektor korrenti dhe vendosen në një banjë që përmban 1,3-dimetil-2-imidazolidinon.
Solucioni shkruan shtresën e trashë SEI, duke lënë pas elektrodet e rinovuar, të gatshme për të vendosur në një bateri të re. Procesi lë gjithashtu një shtresë të hollë të fluoridit të litiumit që ndihmon në stabilizimin e elektrodës dhe në parandalimin e rritjes së mëtejshme të interfasës. Fal kësaj shtrese, bateritë e rigjeneruara treguan një stabilitet të ciklit edhe më të mirë se sa pritej.
“Ne i riparojmë, ashtu si janë, pa i shkatërruar ose pulverizuar, dhe më pas i vendosim në një bateri të re”, thotë Vibha Kalra, udhëheqëse e projektit dhe profesoreshë e inxhinierisë kimike në Universitetin e Cornell. “Shkrirja është ajo që ndihmon baterinë të rikuperohet nga kapaciteti i humbur. Kjo tregon një rikuperim 95%. Prandaj, ne shpejtësojmë ciklin e riciklimit në mënyrë të konsiderueshme.”
Duke përdorur softuerin me burim të hapur të zhvilluar nga bashkëpunëtorët e tyre në Qendrën “ReCell” të Laboratorit Kombëtar Argonne, kërkuesit kryen analiza tekniko-ekonomike dhe të ndikimit mjedisor për të vlerësuar potencialin e DEER. Rezultatet zbuluan se procesi do të ulte kostot e prodhimit të qelizave të ricikluara me 56%, duke reduktuar në të njëjtën kohë ndotjen e ajrit dhe përdorimin e ujit në krahasim me metodat e zakonshme të riciklimit. Përveç kostos, përpjekjes, kohës dhe energjisë që kursen duke hequr qafe proceset e nxjerrjes në riciklimin e zakonshëm, DEER ul edhe kostot e prodhimit të elektrodetve të reja.
Rikthimi i një baterie të shpërdoruar në 95% të kapacitetit është një rezultat i rëndësishëm, por duket se kërkuesit kërkojnë më shumë. Nëse jeni të interesuar, po ju pyesim se çfarë ndodh kur bateria e rinovuar humbet përsëri kapacitetin, për shkak të depozitimit të SEI, pas një kohe të gjatë shërbimi, kërkuesit rigjeneruan përsëri baterinë duke përdorur DEER, dhe bateria e tretë e jetës ende ruante rreth 90% të kapacitetit të saj origjinal pas një cikle të dytë rigjenerimi!
Ndërsa teknologjia aktuale përqendrohet në dëmtimet e shkaktuara nga SEI, kërkuesit synojnë të tregojnë se si mund të përdoret në forma të tjera të dëmtimit të baterisë, si humbja e litiumit.
“Aktualisht, bateritë e shpërdoruara që ne po trajtojmë kanë 70-80% të gjendjes së shëndetit, e cila është tipike në aplikimet e autombilit elektrik”, thotë Kalra. “Prandaj, ne mund të zgjerojmë këtë gamë nëse mund të zgjidhim disa nga këto mekanizma të tjera të dëmtimit.”
Ata kanë vëmendje edhe për bateritë industriale dhe sistemet e tjera të mëdha të baterive të jonëve të litiumit.
Burimi: Universiteti i Cornell
Burimi: newatlas.com
