Исследователи из Корнелльского университета (Cornell) представили инновационный метод восстановления заводской ёмкости отработанных литий-ионных батарей, который обходится без традиционной переработки с дроблением компонентов, плавлением и кислотным выщелачиванием. Они разработали электрохимическую ванну, способную буквально возвращать старые аккумуляторы к жизни — достаточно поместить их туда на некоторое время, и они снова работают как новые!
Источник изображения: ИИ-генерация ChatGPT/3DNews
Технология, позволяющая аккумуляторам восстанавливать практически полную исходную ёмкость, получила название DEER (Direct Electrode-to-Electrode Regeneration), что означает прямую регенерацию «электрод-в-электрод». Вместо того чтобы превращать батареи в измельчённую массу для извлечения металлов и минералов с последующим производством новых электродов, учёные извлекают из старых элементов целые электроды и восстанавливают их в электрохимической ванне. После этого данные электроды можно снова применять при сборке ячейки.
Основная цель всех этих процедур с погружением в ванну — устранение толстого межфазного слоя SEI, который со временем нарастает на поверхности электродов. Тонкий межфазный слой необходим аккумулятору для нормального функционирования, однако при многократных циклах зарядки и разрядки он увеличивается, повышает сопротивление, блокирует активные участки и уменьшает доступную ёмкость. Метод восстановления электродов DEER предусматривает помещение NMC-катодов и графитовых анодов из бывших в употреблении аккумуляторов в электрохимическую ванну с раствором на основе 1,3-диметил-2-имидазолидинона (DMI) — растворителя, который способен растворять электрохимически неактивные компоненты старой межфазной плёнки.
Согласно заявлениям авторов, подобная обработка сохраняет механическую целостность электродов и позволяет восстановить до 95 % первоначальной ёмкости. При этом после регенерации на поверхности остаётся межфазная прослойка, которая дополнительно стабилизирует работу ячейки и подавляет дальнейшее разрастание «вредного» слоя. Кроме того, такой восстановленный аккумулятор можно будет снова вернуть к жизни после длительного использования, хотя в этом случае удастся восстановить уже около 90 % его исходной ёмкости.
Главное преимущество такого подхода — уменьшение количества стадий переработки: отпадает необходимость разрушать электрод, выделять никель, кобальт, марганец, литий, медь и алюминий, а затем заново синтезировать и наносить активные компоненты. Технико-экономическая и экологическая оценка с применением инструментов центра ReCell при Аргоннской национальной лаборатории продемонстрировала, что стоимость восстановления отработанных элементов может снизиться на 56 % по сравнению с традиционными пиро- и гидрометаллургическими методами, а также уменьшиться энергопотребление, выбросы и расход воды.
