Αν παρακολουθείς τον χώρο των ηλεκτρικών αυτοκινήτων, πιθανόν να γνωρίζεις ότι ένα από τα μεγαλύτερα ζητήματα είναι η φθορά των μπαταριών τους με την πάροδο του χρόνου. Μια ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο Cornell φαίνεται πως βρήκε μια διαφορετική λύση. Έναν τρόπο να ανανεώνει τα φθαρμένα στοιχεία χωρίς να χρειάζεται να τα διαλύσει πλήρως στις βασικές πρώτες ύλες τους.
Η μέθοδος αυτή ονομάζεται DEER (Direct Electrode-to-Electrode Regeneration) και εστιάζει στην αποκατάσταση των ίδιων των ηλεκτροδίων, ώστε να μπορούν να τοποθετηθούν ξανά σε καινούργιες μπαταρίες.
Πού οφείλεται η φθορά και πώς αντιμετωπίζεται;
Όταν φορτίζεις και αποφορτίζεις μια μπαταρία ιόντων λιθίου, σχηματίζεται σταδιακά πάνω στα ηλεκτρόδιά της ένα στρώμα που ονομάζεται διεπιφάνεια στερεού ηλεκτρολύτη (SEI). Ένα μέρος αυτού του στρώματος χρειάζεται για να λειτουργεί σωστά η μπαταρία, αλλά όταν συσσωρεύεται υπερβολικά, δυσκολεύει την κίνηση των ηλεκτρονίων και ρίχνει τη χωρητικότητα.
Αντί να ακολουθήσουν τον παραδοσιακό δρόμο, όπου οι παλιές μπαταρίες συνθλίβονται σε μια λεγόμενη «μαύρη μάζα» και υποβάλλονται σε υψηλές θερμοκρασίες ή χημικά για να εξαχθούν μέταλλα όπως το λίθιο, το κοβάλτιο και το νικέλιο, οι επιστήμονες δοκίμασαν κάτι πιο στοχευμένο.
- Ανοίγουν προσεκτικά τα στοιχεία της μπαταρίας.
- Βυθίζουν τα ηλεκτρόδια σε ένα ειδικό ηλεκτροχημικό λουτρό με μια ουσία που ονομάζεται DMI (1,3-διμεθυλο-2-ιμιδαζολιδινόνη).
- Το διάλυμα αυτό διαλύει και απομακρύνει το επιπλέον στρώμα SEI, αφήνοντας το ίδιο το ηλεκτρόδιο ανέπαφο και έτοιμο για νέα χρήση.
Εντυπωσιακά αποτελέσματα στις δοκιμές
Τα ευρήματα των ερευνητών δείχνουν σημαντική βελτίωση.
-
- Τα ανανεωμένα στοιχεία ανέκτησαν έως και το 95% της αρχικής χωρητικότητάς τους.
- Η φθορά τους έγινε αισθητά πιο αργή. Ενώ τα υποβαθμισμένα στοιχεία χωρίς επεξεργασία έχαναν χωρητικότητα με ρυθμό 0,072% ανά κύκλο, τα επεξεργασμένα έχαναν μόλις 0,042% ανά κύκλο, ένας ρυθμός που διατηρήθηκε σταθερός για περίπου 800 κύκλους.
- Ακόμα και σε δεύτερο γύρο επεξεργασίας, η μπαταρία κατάφερε να φτάσει ξανά στο 90% της αρχικής της απόδοσης, αποδεικνύοντας ότι η διαδικασία μπορεί να εφαρμοστεί παραπάνω από μία φορά.
Γιατί σε ενδιαφέρει αυτό;
Συνήθως, οι μπαταρίες των ηλεκτρικών αυτοκινήτων αποσύρονται όταν η χωρητικότητά τους πέσει γύρω στο 70% με 80%, καθώς τότε παύουν να καλύπτουν τις απαιτήσεις αυτονομίας του οχήματος. Ωστόσο, τα εσωτερικά εξαρτήματα παραμένουν σε μεγάλο βαθμό λειτουργικά.
Με την τεχνική DEER, η ανακατασκευή υπολογίζεται περίπου στα 15,25 δολάρια ανά κιλό, τη στιγμή που οι κλασικές μέθοδοι ανακύκλωσης (πυρομεταλλουργία ή υδρομεταλλουργία) κοστίζουν γύρω στα 26,31 δολάρια ανά κιλό. Επιπλέον, αν καταστεί δυνατή η ανάκτηση και επαναχρησιμοποίηση του χημικού DMI (που αποτελεί περίπου το 63% του κόστους), τα οικονομικά οφέλη θα γίνουν ακόμα μεγαλύτερα.
Οι περιορισμοί και τα επόμενα βήματα
Πρέπει πάντως να έχεις υπόψη σου ότι η τεχνική αυτή δεν αποτελεί μαγική λύση για κάθε περίπτωση.
- Δεν κάνει για όλες τις βλάβες. Είναι αποτελεσματική κυρίως όταν το πρόβλημα εντοπίζεται στη συσσώρευση του στρώματος SEI. Αν η μπαταρία έχει υποστεί απώλεια λιθίου, ρωγμές, δομικές ζημιές ή μηχανική αστοχία, η κλασική ανακύκλωση παραμένει μονόδρομος.
- Απαιτεί αποσυναρμολόγηση. Οι δοκιμές για άμεση έγχυση του DMI μέσα σε κλειστές μπαταρίες δεν είχαν καλά αποτελέσματα. Αυτό σημαίνει ότι για να εφαρμοστεί εμπορικά, απαιτείται προσεκτικό άνοιγμα των στοιχείων, επεξεργασία και πλύσιμο των υλικών.
Παρά τις δυσκολίες, η έρευνα δείχνει ότι πριν στείλουμε μια μπαταρία για πλήρη καταστροφή και ανάκτηση μετάλλων, υπάρχει η δυνατότητα να επιδιορθώσουμε άμεσα τα ίδια της τα εξαρτήματα, εξοικονομώντας ενέργεια και πόρους.