Teknoloji
Geri Dönüştürülmüş Piller Daha İyi Performans Gösterebilir
Lityum iyon piller, neredeyse her elektrikli aracın, dizüstü bilgisayarın ve akıllı telefonun kalbinde yer alır ve iklim acil durumu karşısında yenilenebilir enerjiyi depolamak için gereklidir. Ancak dünyanın mevcut madencilik operasyonlarının tümü, bu pillere yönelik hızla artan talebi karşılamak için yeterli miktarda lityum ve diğer önemli mineralleri çıkaramıyor. Yeni madenler kurmak pahalı ve yıllarca süren bir çabadır. Ayrıca madencilik, yeni madenlere karşı protestolara yol açan, yerel su kaynaklarının tükenmesi ve yakındaki bölgenin yüzeysel atıklarla kirletilmesi gibi bir dizi çevresel soruna da neden oluyor.
Tüm bunlar, mevcut pilleri geri dönüştürme yeteneğinin, küresel enerji sistemini sürdürülebilir şekilde değiştirmek için çok önemli olduğu anlamına geliyor. Ancak lityum-iyon pillerin geri dönüştürülmesi için son zamanlarda ticari girişimlerde bulundu. Pil üreticileri, geri dönüştürülmüş ürünlerin kalitesinin yeni çıkarılan minerallerden üretilenlere göre daha düşük olabileceği ve bunun potansiyel olarak pil ömrünün kısalmasına veya pilin iç kısımlarının zarar görmesine yol açabileceği konusunda tereddüt ediyor. Sonuçlar, özellikle elektrikli araç gibi bir uygulamada ciddi olabilir.
Joule'de yayınlanan yeni araştırma, uzmanların katodu yenileyen daha zarif bir geri dönüşüm yöntemi olarak tanımladığı şeye çarptı, lityum iyon pilin en pahalı bileşeni ve uygun voltajı sağlamanın anahtarı olan özenle hazırlanmış kristal. Araştırmacılar, yeni katot geri dönüşüm tekniğiyle yaptıkları pillerin, sıfırdan yapılmış katotlu piller kadar iyi performans gösterdiğini buldular. Aslında, geri dönüştürülmüş katotlu piller hem daha uzun süre dayanır hem de daha hızlı şarj olur. Çalışmaya dahil olmayan ABD Ordusu Araştırma Laboratuvarı'nda elektrokimyacı olan Kang Xu, ekibin yaklaşımı ve başarılı gösteriminin çok benzersiz ve çok etkileyici olduğunu söyledi.
Worcester Politeknik Enstitüsü'nde malzeme bilimi profesörü ve yeni çalışmanın ortak yazarı Yan Wang, 11 yıl önce pil geri dönüşümünü araştırmaya başladı. Wang;” O zaman, bazı insanlar benimle dalga geçti, geri dönüşüme yetecek kadar pil yok dediler.” Enerji Bakanlığı, pil pazarının önümüzdeki on yılda 10 kat büyüyebileceğini tahmin ediyor. DOE'nin Araç Teknolojileri Ofisi direktörü Dave Howell, pazarın büyüyen sıkıntılarını hafifletmek için lityum iyon pillerin geri dönüştürülmesi bu malzemenin tedarik zincirine geri döndürülmesi kritik öneme sahip diyor. DOE, ABD'de büyük ölçekli pil geri dönüşüm yeniliklerini teşvik etme konusundaki büyük çabasının bir parçası olarak yeni araştırmayı finanse etti.
Bir lityum iyon pil güç sağladığında, bir lityum iyon kümesi bir kristal ‘kafesten’ (anot) diğerine (katot) hareket eder. Bu pilleri geri dönüştürmek için şu anda kullanılan en yaygın yöntemler, tüm pili söküp parçalamayı, ardından hepsini eritmeyi veya asit içinde çözmeyi içerir. Sonuç, kimyasal elementlerin veya basit bileşiklerin kurtarılabileceği tozdan yapışkana değişebilen bir dokuya sahip siyah bir kütledir. Bu geri kazanılan ürünler daha sonra yeni çıkarılan elementlerin katot yapmak için yaptığı aynı ticari üretim sürecinden geçebilir.
Wang ve meslektaşları çok benzer bir süreç kullanıyorlar ancak pili oluşturan kimyasal elementlere tamamen ayırmak yerine, teknikleri eski katodun önemli bileşiminin bir kısmını sağlam tutuyor. Pili parçaladıktan sonra, daha ucuz olan bitleri (elektronik devreler ve çelik pil muhafazası gibi) fiziksel olarak çıkarır ve ayrı olarak geri dönüştürürler. Geriye esas olarak katot malzemesi kalır; bunu asitte çözerler ve ardından safsızlıkları giderirler. Daha sonra, bileşenlerin oranının tam olarak doğru olmasını sağlamak için, nikel ve kobalt gibi katodu oluşturan taze elementlerin bir dokunuşunu dikkatlice eklerler; bu, yaygın geri dönüşüm yöntemlerinden bir başka ayrımdır. Birkaç adımdan sonra sonuç, etkili bir şekilde tazelenmiş katot tozudur.
Katot, pilin spesifik voltajını elde etmek için değerli minerallerin hassas bir karışımından üretildiğinden, yapısında veya bileşiminde yapılacak küçük değişiklikler performansından ödün verebilir. İngiltere'deki Birmingham Üniversitesi'nde enerji malzemeleri profesörü olan Emma Kendrick, bu nedenle, katot tozunun değerinin büyük bir kısmı “ilk etapta [tozun] parçacıklarını nasıl tasarladığınızla ilgili” diyor. Araştırma. Mevcut geri dönüşüm yöntemlerinde olduğu gibi, pilin tamamı bir çırpıda eritilir veya çözülürse bu değer kaybolur.
DAHA FAZLA GÖZENEK, DAHA HIZLI ŞARJ
Wang ve meslektaşları, geri dönüştürülmüş katot tozundaki parçacıkları ticari olarak üretilen katot tozundaki (büyük ölçüde yeni çıkarılan minerallerden yapılmış) parçacıklarla karşılaştırdılar. Geri dönüştürülmüş toz parçacıklarının daha gözenekli olduğunu ve özellikle her birinin merkezinde büyük boşluklar olduğunu buldular. Bu özellikler, katot kristalinin içine lityum iyonları sıkıştıkça hafifçe şişmesi için yer sağlar ve bu kıpırdatma odası, kristalin sıfırdan yapılmış katotlar kadar kolay çatlamasını önler. Bu tür çatlama, zamanla pilin bozulmasının önemli bir nedenidir.
Daha fazla gözenek, pili şarj etmek için gerekli olan kimyasal reaksiyonların meydana gelebileceği daha fazla maruz kalan yüzey alanı anlamına gelir ve bu nedenle Wang'ın geri dönüştürülmüş pilleri, ticari olarak üretilen benzerlerinden daha hızlı şarj olur. Wang, gelecekteki bir hedefin, yalnızca geri dönüştürülmüş malzemelerden yapılanlardan ziyade tüm katotları bu üstün yapıya sahip olacak şekilde tasarlamak olabileceğini söylüyor.
Makale:cell.com
