محققان دانشگاه کالیفرنیا موفق شدند روش بازیافت مواد کاتدی باتری لیتیوم یون را بهبود دهند. این روش جدید نسبت به روشهای قبلی ایمنتر بوده و انرژی کمتری مصرف میکند. با استفاده از این روش میتوان کاتدهای مستعمل را مجدداً در باتری‌های لیتیوم یون بکار برد؛ بطوریکه به مقدار ظرفیت اولیه و چرخهپذیری خود باز خواهند گشت.
به دلیل رشد سریع بازار خودروهای الکتریکی، انتظار میرود که ظرفیت تولید جهانی باتری‌های لیتیوم یون در 5 سال آینده به چند صد گیگاوات ساعت در هر سال برسد.
در این پروژه روش مستقیمی برای بازیافت و تولید مجدد کاتدهای مستعمل باتری‌های لیتیوم یون پس از 5 تا 10 سال کارکرد پیشنهاد شده است. بطوریکه یونهای لیتیوم که در اثر استفاده مکرر از ساختار کاتد حذف میشوند، مجدداً به ساختار کریستالی آن بازگشته و ساختار آن را به حالت اولیه خود بر میگردانند. این فرایند شامل اعمال فشار به محلول نمک لیتیوم به میزان تقریبی 10 اتمسفر است. منتها مشکل اینجاست که این مرحله اعمال فشار هزینه زیادی در پی دارد و از طرفی نیازمند ملاحظات ایمنی و تجهیزات ویژهای است.
لذا این گروه محققان روش راحتتری را در فشار 1 اتمسفر تعبیه کردند. نکته کلیدی استفاده از نمکهای اتکتیک لیتیوم است (ترکیبی از 2 یا چند نمک که در دمایی بسیار پایینتر از دمای مختص به خودشان ذوب میشوند). این ترکیب نمکهای لیتیوم جامد منجر به ایجاد مایعی عاری از حلال خواهد شد که محققان میتوانند از آن برای انحلال کاتدهای تخریبشده استفاده کنند و یونهای لیتیوم را بدون اعمال فشار اضافی وارد ساختار کاتد کنند.
در این روش بازیافت، مواد کاتدی از باتری‌های لیتیوم یون مستعمل جمعآوری شده و سپس با محلول نمک لیتیوم اتکتیک ترکیب میشوند. این مخلوط سپس در دو مرحله تحت عملیات حرارتی قرار میگیرد: در ابتدا تا 300 درجه سانتیگراد حرارت داده شده و در ادامه به مدت چند ساعت در دمای 850 درجه سانتیگراد قرار میگیرد و در نهایت طبق روال طبیعی به دمای اتاق بازخواهد گشت.
محققان از این روش برای بازیافت مواد کاتد NCM 523 استفاده کردند که حاوی نیکل، کبالت و منگنز بوده و امروزه در اکثر خودروهای الکتریکی کاربرد دارد. مواد کاتدی که از این روش تهیه شدند، مجدداً مورد ارزیابی قرار گرفتند و ظرفیت و چرخهپذیری همانند کاتدهای اولیه نشان دادند.
همانطور که اشاره شد، یک باتری لیتیوم یون به مرور زمان، یونهای لیتیوم خود را از دست میدهد. همچنین ساختار کریستالی کاتد نیز تغییر میکند؛ به نحوی که توانایی کمتری برای ورود و خروج یونها نشان میدهد. با این روش بازیافت میتوان هم غلظت یونهای لیتیوم را به مقدار اولیه برگرداند و هم ساختار کریستالی کاتد را بازیابی کرد.
با تلاشهای محققان، این روش بازیافت در انواع مختلف مواد کاتدی برای باتری‌های لیتیوم یون و سدیم یون استفاده خواهد شد. از طرفی محققان در تلاش هستند تا از این روش برای بازیافت مواد آندی همچون گرافیت بهره ببرند.
