Baterie z elektromobilů se po letech používání nemusí automaticky rozebrat na suroviny a kompletně recyklovat. Výzkumníci z Cornellovy univerzity pracují na postupu, který by mohl část vysloužilých článků zachránit mnohem jednodušším způsobem. Namísto úplného rozebrání a zpracování materiálu chtějí obnovit samotné elektrody a vrátit je zpět do provozu.
První výsledky vypadají velmi slibně. V laboratorních podmínkách se vědcům podařilo dostat stárnoucí články až na přibližně 95 procent jejich původní kapacity. Zajímavá je přitom nejen samotná míra obnovy, ale také ekonomická stránka. Podle provedené analýzy by mohl být nový způsob zpracování až o 56 procent levnější než klasická recyklace.
Recyklace dnes znamená baterii v podstatě rozebrat od základu
Současná recyklace lithium iontových baterií je poměrně složitý proces. Akumulátor je nejprve rozebrán a jeho jednotlivé části se následně mechanicky zpracují. Výsledkem je směs označovaná jako černá hmota, která obsahuje cenné prvky využitelné při výrobě nových baterií.
Mohlo by vás zajímat
Z této směsi se následně chemickými nebo tepelnými procesy získávají například lithium, nikl či kobalt. Tyto suroviny se však musejí znovu zpracovat a použít při výrobě nových elektrod. Celý postup proto spotřebovává značné množství energie, vody a dalších prostředků.
Výzkumníci z Cornellovy univerzity se proto rozhodli zjistit, zda je opravdu nutné celý funkční základ baterie nejprve zničit a následně znovu vyrábět.
Elektrody se místo rozdrcení opatrně vyjmou
Nová metoda dostala označení DEER, což je zkratka pro Direct Electrode to Electrode Regeneration. Její princip je v porovnání s běžnou recyklací výrazně šetrnější.
Bateriový článek se nerozdrtí. Místo toho se otevře tak, aby bylo možné vyjmout elektrody pokud možno bez jejich poškození. Ty se následně ponoří do speciálního elektrochemického roztoku.
Právě zde dochází k jednomu z nejdůležitějších kroků celého procesu. Z povrchu elektrody se odstraní vrstva označovaná jako SEI, která se během provozu baterie postupně vytváří a zesiluje.
Tato vrstva je do určité míry přirozenou součástí fungování článku, postupem času však přispívá ke zvyšování jeho vnitřního odporu a ke zhoršování vlastností baterie.
Výzkumníci tvrdí, že jejich postup dokáže nežádoucí vrstvu odstranit, aniž by přitom zásadně poškodil samotnou strukturu elektrody. Ta by tak mohla být znovu použita bez nutnosti vyrábět ji od začátku.
Kapacita se dostala téměř na úroveň nového článku
V laboratorních testech výzkumníci pracovali s bateriemi, které měly přibližně 70 až 80 procent původní kapacity. Po provedení regeneračního procesu se v některých případech podařilo obnovit jejich kapacitu až na přibližně 95 procent původní hodnoty.
To je důležité zejména z pohledu elektromobilů. Pokles kapacity trakčního akumulátoru totiž postupně zkracuje dojezd vozu a po překročení určité hranice už baterie nemusí být pro použití v automobilu považována za dostatečně výkonnou.
Pokud by však bylo možné její elektrody obnovit a znovu využít, mohla by se skutečná životnost některých baterií výrazně prodloužit.
Největším lákadlem může být cena
Samotné technické výsledky nejsou jedinou zajímavostí. Výzkumný tým se zabýval také tím, kolik by podobný proces mohl stát při širším využití.
Podle ekonomické analýzy by regenerace elektrod mohla snížit náklady na zpracování vysloužilých článků až o 56 procent ve srovnání s běžnými metodami recyklace.
Úspory mají vznikat zejména proto, že není nutné původní elektrody kompletně rozložit na základní suroviny a následně z těchto materiálů vyrábět nové.
Vedle finančních nákladů by se mohl snížit také dopad na životní prostředí. Proces by měl spotřebovávat méně vody a současně produkovat méně emisí než některé současné způsoby získávání materiálů ze starých baterií.
Klasická recyklace ale rozhodně nekončí
Nová metoda zatím neznamená, že by bylo možné tradiční recyklaci baterií jednoduše nahradit. Regenerace elektrod má totiž několik zásadních omezení.
Vědci zatím pracovali především v laboratorních podmínkách a s články, jejichž elektrody nebyly výrazně fyzicky poškozené. U baterie po vážné nehodě, s deformovanými články nebo s jiným typem mechanického poškození může být situace úplně jiná.
Stejně tak není zatím jisté, zda bude možné stejný postup použít u všech typů bateriových článků a všech chemických složení používaných v elektromobilech.
Ne každou degradaci lze jednoduše odstranit
Pokles kapacity baterie navíc nezpůsobuje pouze vznik vrstvy SEI. Během životnosti článku probíhá řada dalších chemických a fyzikálních změn.
Jedním z problémů může být například trvalá ztráta aktivního lithia. Pokud část materiálu přestane být schopná účastnit se elektrochemických reakcí, samotné odstranění povrchové vrstvy nemusí stačit.
Výzkumníci proto budou muset ověřit, jak dobře si jejich metoda poradí s bateriemi v různých stavech opotřebení a s odlišnými příčinami degradace.
Důležitou otázkou bude také to, jak nízký zdravotní stav baterie ještě umožní ekonomicky smysluplnou regeneraci.
Rozhodující bude přechod z laboratoře do průmyslu
Největší překážkou nyní bude dostat technologii z laboratorních článků do skutečného průmyslového provozu. Trakční baterie elektromobilu totiž obsahuje velké množství článků, složité elektrické propojení, chlazení i bezpečnostní prvky.
Opatrné rozebrání baterie a vyjmutí elektrod proto může být ve velkém měřítku podstatně náročnější než při laboratorním experimentu.
Právě další testování ukáže, zda bude možné celý proces automatizovat a využít například v továrnách zabývajících se zpracováním vysloužilých akumulátorů.
Pokud se to podaří, nemuselo by být nutné část starých baterií pokaždé kompletně rozdrtit a začínat znovu od základních surovin. Místo toho by se mohly některé jejich nejcennější části jednoduše obnovit a vrátit zpět do oběhu.
Mohlo by vás zajímat
Z laboratorního úspěchu je zatím předčasné dělat definitivní závěry. Výsledky Cornellovy univerzity ale ukazují, že budoucnost vysloužilých baterií nemusí spočívat pouze v klasické recyklaci. V některých případech by mohlo být levnější i ekologičtější dát jejich elektrodám druhý život.
Napsat komentář