Metode ramah lingkungan dapat menurunkan biaya untuk mendaur ulang baterai lithium-ion
Green Tech

Metode ramah lingkungan dapat menurunkan biaya untuk mendaur ulang baterai lithium-ion


Citra SEM katoda litium besi fosfat (LFP) bekas sebelum regnerasi (kiri) dan sesudah (kanan). Kredit: Panpan Xu

Proses baru untuk memulihkan katoda bekas ke kondisi terbaik dapat membuatnya lebih ekonomis untuk mendaur ulang baterai lithium-ion. Prosesnya, yang dikembangkan oleh nanoengineers di University of California San Diego, lebih ramah lingkungan daripada metode saat ini; ia menggunakan bahan-bahan yang lebih ramah lingkungan, mengkonsumsi energi 80 hingga 90% lebih sedikit, dan mengeluarkan sekitar 75% lebih sedikit gas rumah kaca.

Para peneliti merinci pekerjaan mereka dalam makalah yang diterbitkan 12 November di Joule.

Proses ini bekerja sangat baik pada katoda yang terbuat dari litium besi fosfat, atau LFP. Baterai yang dibuat dengan katoda LFP lebih murah daripada baterai lithium-ion lainnya karena tidak menggunakan logam mahal seperti kobalt atau nikel. Baterai LFP juga memiliki masa pakai lebih lama dan lebih aman. Mereka banyak digunakan dalam perkakas listrik, bus listrik dan jaringan energi. Mereka juga merupakan baterai pilihan untuk Tesla’s Model 3.

“Dengan keunggulan ini, baterai LFP akan memiliki keunggulan kompetitif dibandingkan baterai lithium-ion lainnya di pasar,” kata Zheng Chen, profesor rekayasa nano di UC San Diego.

Masalah? “Tidak hemat biaya untuk mendaur ulangnya,” kata Chen. “Ini dilema yang sama dengan plastik — bahannya murah, tetapi metode untuk memulihkannya tidak.”

Proses daur ulang baru yang dikembangkan Chen dan timnya dapat menurunkan biaya ini. Ini melakukan pekerjaan pada suhu rendah (60 hingga 80 C) dan tekanan sekitar, membuatnya kurang haus daya dibandingkan metode lainnya. Selain itu, bahan kimia yang digunakannya — garam litium, nitrogen, air, dan asam sitrat — tidak mahal dan tidak berbahaya.

“Seluruh proses regenerasi bekerja pada kondisi yang sangat aman, jadi kami tidak memerlukan tindakan pencegahan keselamatan khusus atau peralatan khusus. Itulah mengapa kami dapat membuat biaya yang sangat rendah ini untuk mendaur ulang baterai,” kata penulis pertama Panpan Xu, peneliti pascadoktoral di Chen’s. laboratorium.

Para peneliti pertama kali mendaur ulang sel LFP komersial sampai mereka kehilangan setengah kapasitas penyimpanan energinya. Mereka memisahkan sel, mengumpulkan bubuk katoda, dan merendamnya dalam larutan yang mengandung garam litium dan asam sitrat. Kemudian mereka mencuci larutan dengan air, mengeringkan bedak dan memanaskannya.

Para peneliti membuat katoda baru dari bubuk dan mengujinya di sel koin dan sel kantong. Performa elektrokimia, susunan dan struktur kimiawi semuanya sepenuhnya dikembalikan ke keadaan semula.

Saat siklus baterai, katoda mengalami dua perubahan struktural utama yang bertanggung jawab atas penurunan kinerjanya. Yang pertama adalah hilangnya ion litium, yang menciptakan situs kosong yang disebut kekosongan dalam struktur katoda. Yang lainnya terjadi ketika ion besi dan litium bertukar titik dalam struktur kristal. Ketika ini terjadi, mereka tidak dapat dengan mudah beralih kembali, sehingga ion litium terperangkap dan tidak dapat lagi berputar melalui baterai.

Proses ini memulihkan struktur katoda dengan mengisi kembali ion litium dan memudahkan ion besi dan litium untuk beralih kembali ke titik aslinya. Yang terakhir ini dilakukan dengan menggunakan asam sitrat, yang bertindak sebagai agen pereduksi — zat yang menyumbangkan elektron ke zat lain. Asam sitrat mentransfer elektron ke ion besi, membuatnya bermuatan kurang positif. Ini meminimalkan gaya tolakan elektronik yang mencegah ion besi bergerak kembali ke titik aslinya dalam struktur kristal, dan juga melepaskan ion litium kembali ke sirkulasi.

Sementara biaya energi keseluruhan dari proses daur ulang ini lebih rendah, para peneliti mengatakan studi lebih lanjut diperlukan tentang logistik pengumpulan, pengangkutan dan penanganan baterai dalam jumlah besar.

“Mencari tahu bagaimana mengoptimalkan logistik ini adalah tantangan berikutnya,” kata Chen. “Dan itu akan membawa proses daur ulang ini lebih dekat ke adopsi industri.”


Peneliti meningkatkan metode untuk mendaur ulang dan memperbarui katoda bekas dari baterai lithium-ion


Informasi lebih lanjut:
Joule (2020). DOI: 10.1016 / j.joule.2020.10.008

Informasi jurnal:
Joule

Disediakan oleh University of California – San Diego

Kutipan: Metode ramah lingkungan dapat menurunkan biaya untuk mendaur ulang baterai lithium-ion (2020, 12 November) diambil 27 November 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-11-environmentally-friendly-method-recycle-lithium-ion. html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Lagutogel