Ölü Lityum-İyon Bataryalar, Erimiş Tuz Sihirbazlığıyla Canlandırılıyor: Yüzde 81 Kapasite Geri Kazanımı

Her yıl milyonlarca lityum-iyon batarya (LIB) atılıyor ve bunların yalnızca %5’i geri dönüştürülüyor. Bu durum, yılda yaklaşık 8 milyon ton atık birikeceği anlamına geliyor. Enerji depolama talebinin artmasıyla birlikte, lityum-iyon batarya atıkları yıllık olarak %20 oranında büyüyor ve bu trend devam ederse 2036 yılına kadar toplam atık miktarı 136.000 tonu aşabilir. Ancak geleneksel geri dönüşüm yöntemleri, hem çevresel riskleri azaltmakta hem de atık pillerin tam değerini geri kazanmakta yetersiz kalıyor. İşte tam da bu noktada, Çin’deki Central South Üniversitesi ‘nden araştırmacılar, yenilikçi bir çözüm geliştirdi: Erimiş tuz yeniden canlandırma yöntemi .

Geleneksel Yöntemlerin Yetersizliği

Geleneksel hidrometalurjik ve pirometalurjik yöntemler, atık lityum-iyon pillerden malzeme geri kazanırken çevreye zararlı atıklar bırakıyor ve enerji tüketimi oldukça yüksek oluyor. Ayrıca, bu yöntemler pil performansını tam olarak geri getiremiyor. Bu nedenle, bilim insanları doğrudan yeniden canlandırma yöntemlerine odaklanıyor. Bu yaklaşımla, atık pillerin katotlarını (pozitif elektrot) yeniden yapılandırarak verimliliği artırma hedefi ortaya çıkıyor.

Erimiş Tuzun Büyüsü

Central South Üniversitesi’nden Gen Chen ve ekibi, düşük sıcaklıklarda etkisiz kalan geleneksel erimiş tuz sistemlerinin eksikliklerini aşmak için yeni bir strateji geliştirdi. Araştırmacılar, yüksek sıcaklık koşullarında çalışan bir erimiş tuz yeniden canlandırma yöntemi tasarladı. Bu yöntemde, yüksek erime noktasına sahip potasyum klorür (KCl) kullanılarak iyon değişimi ve kütle taşınımı artırıldı. Böylece, ağır hasar görmüş ve bozulmuş katotlar tamamen yeniden kristalleştirilebildi.

Araştırma, özellikle nikel (Ni) , manganez (Mn) ve lityum kobalt oksit (LCO) bileşiminden oluşan S-NCM katotlar üzerinde yoğunlaştı. Yeniden canlandırma işlemi, yapısal kusurları onarmayı, safsızlık fazlarını azaltmayı ve kaybolan lityumu geri kazanmayı başardı. Sonuç olarak, bataryaların stabilitesi ve performansı önemli ölçüde iyileşti.

Çalışmanın Anahtar Bulguları

Yeniden canlandırma işlemi, ağır hasar görmüş S-NCM katotlarının katmanlı yapısını geri kazandırdı ve yüzey oksijen boşlukları ile zararlı yan reaksiyonlar önemli ölçüde azaltıldı. Gen Chen , “Derin yeniden canlandırma ve yeniden kristalleştirme sonrası, bozulmuş S-NCM katotlar orijinal katmanlı yapısını geri kazanıyor. Ayrıca, tek kristal yapıya sahip yenilenmiş katotlar, döngü sırasında parçacık çatlaklarını ve zararlı yan reaksiyonları bastırarak pil performansını artırıyor,” diyor.

Çalışmanın sonuçlarına göre, yenilenmiş katotlar (R-NCM ) 200 döngüden sonra %81.2 kapasite tutma oranına ulaştı. Bu oran, standart C-NCM katotların performansından bile daha yüksek. Ayrıca, bu başarı 33.8°F (1°C) gibi düşük sıcaklıklarda bile elde edildi.

Yöntemin Potansiyel Uygulamaları

Araştırma ekibi, bu yeniden canlandırma yönteminin farklı geçiş metali bileşimlerine sahip lityum-iyon bataryalar için de uyarlanabileceğini düşünüyor. Yöntemin çeşitli pil tiplerindeki uygunluğunu ve etkinliğini göstererek, daha sürdürülebilir ve verimli bir geri dönüşüm süreci oluşturmayı hedefliyorlar.

Bu yaklaşım, atık pillerin çevreye olan etkisini minimize ederken malzeme geri kazanımını maksimize edebilir. Ayrıca, enerji tüketimini düşürerek hem ekonomik hem de çevresel açıdan fayda sağlıyor.

Geleceğe Bakış

Erimiş tuz yeniden canlandırma yöntemi, lityum-iyon bataryaların geri dönüşümünde devrim niteliğinde bir adım olarak değerlendiriliyor. Bu teknoloji, yalnızca atık yönetimi alanında değil, aynı zamanda temiz enerji ve sürdürülebilirlik hedeflerine ulaşmada önemli bir rol oynayabilir.

Araştırma ekibi, bu yöntemin daha geniş uygulamaları için çalışmalarını sürdürmeyi planlıyor. Özellikle, farklı kimyasal bileşimlere sahip bataryalar için adaptasyon çalışmaları önümüzdeki yıllarda büyük ilgi çekebilir.