Ученые из Корнеллского университета предложили принципиально новый способ восстановления отработанных литийионных аккумуляторов. Вместо классической переработки, сопровождающейся измельчением компонентов, высокотемпературной плавкой и химическим выщелачиванием, исследователи разработали специальную «омолаживающую» электрохимическую ванну.
Методика получила название DEER (Direct Electrode-to-Electrode Regeneration), что переводится как прямая регенерация «электрод в электрод». Суть подхода заключается в том, что вместо превращения батарей в сырьевую массу для последующего синтеза новых электродов, специалисты извлекают из старых элементов целые электроды и подвергают их обработке в электрохимической среде. После этого восстановленные компоненты можно повторно использовать для сборки новых ячеек.
Как работает технология DEER
Основная проблема изношенных аккумуляторов заключается в постепенном разрастании межфазного слоя SEI на поверхности электродов. Если тонкий слой необходим для стабильной работы, то со временем он становится слишком толстым, увеличивает внутреннее сопротивление и блокирует активные участки, что приводит к критическому снижению емкости.
В процессе регенерации NMC-катоды и графитовые аноды помещаются в электрохимическую ванну с раствором на основе 1,3-диметил-2-имидазолидинона (DMI). Этот растворитель эффективно удаляет электрохимически неактивные компоненты старой пленки, не разрушая при этом механическую структуру электродов.
Согласно результатам исследований, такой метод позволяет восстановить до 95% от первоначальной емкости батареи. Примечательно, что после обработки на поверхности остается стабилизирующая прослойка, которая замедляет рост вредного слоя в будущем. Вторичный цикл восстановления аккумулятора после повторного износа позволяет вернуть около 90% емкости.
Экономическая и экологическая выгода
Основное преимущество подхода DEER заключается в исключении энергозатратных этапов разрушения и повторного синтеза активных материалов (никеля, кобальта, марганца, лития, меди и алюминия). Анализ, проведенный с помощью инструментов центра ReCell при Аргоннской национальной лаборатории, показал следующие результаты:
- Снижение стоимости восстановления отработанных ячеек на 56% по сравнению с традиционными методами пирометаллургии и гидрометаллургии.
- Существенное уменьшение общего объема энергозатрат.
- Сокращение выбросов вредных веществ и значительное снижение водопотребления в процессе переработки.
