Японские учёные почти полностью вернули работоспособность литий-ионных аккумуляторов с помощью вещества, восстанавливающего поврежденные электроды. Это открытие увеличит срок службы батарей и, как следствие, снизит количество вредных отходов.
Литиево-ионные аккумуляторы широко используются в современном мире: от бытовой техники до электромобилей. У таких батарей много преимуществ: быстрое заряжание, низкая разрядность и отсутствие необходимости в обслуживании. Но существуют и недостатки. Главные из — ограниченный срок службыОбслуживание обычно требуется после 500—2000 циклов заряда-разряда, а также рассматривается опасность для людей и окружающей среды.
Со временем литий-ионные аккумуляторы теряют часть материала электродов, отвечающих за накопление энергии, что снижает их емкость. В итоге аккумуляторы оказываются либо на свалках (в процессе разложения выделяют вредные вещества и могут загореться или взорваться), либо поступают в компании по утилизации. Специалисты разбирают аккумуляторы на части, извлекают материалы и подвергают их вторичной переработке.
Утилизация литий-ионных аккумуляторов – длительный, затратный и энергоемкий процесс. Исследователи уже давно стремятся упростить переработку, сократив количество этапов. Японские инженеры из научно-исследовательского института T предложили одно из таких решений. oyota Central R&D Labs., Inc— технологию восстановления работоспособности аккумуляторов без снятия их с устройства.
Технология предполагает впрыскивание в изношенный элемент специальных реагентов, которые инвертируют химическое старение батареи путем обновления электрохимически активного материала. опубликованы в журнале Joule.
Коммерческие литий-ионные аккумуляторы состоят из нескольких главных частей. В первую очередь это два электрода с разными зарядами: анод из графита и катод из оксидов лития. анодом и катодомТонкий пористый сепаратор не допускает сближения двух электродов, предотвращая короткое замыкание. В аккумуляторе также содержится электролит, созданный на основе органических растворителей и литиевых солей. Электролит обеспечивает перемещение ионов лития внутри ячейки.
Зарядка аккумулятора приводит к перемещению ионов лития от катода к аноду. При разрядке ионы движутся обратно к катоду. С течением времени этот процесс изнашивает катод (его материал разрушается и не может удерживать исходное количество атомов лития), вследствие чего емкость аккумулятора снижается, и энергия накапливается в нем хуже. Каждая зарядка сокращает максимальный срок службы аккумулятора на несколько секунд.
Японские учёные стремились «обновить» электрохимически активный материал в использованной батарее. Для этого исследователи опробовали несколько восстановительных реагентов – веществ, создающих электроды во время химических реакций. Эксперименты показали, что реагент на основе лития нафталинида может увеличить количество работоспособного анодного и катодного материала в батарее и восстановить её до 80 процентов от первоначальной емкости. Такая емкость сохранялась на протяжении 100 циклов заряда – разряда.
Авторы исследования утверждают, что новый метод позволит существенно увеличить срок службы литий-ионных батарей. Вышедшие из строя аккумуляторы смогут повторно использоваться в тех же электромобилях или устройствах, вместо того чтобы выбрасывать их на свалку или подвергать сложной и дорогостоящей утилизации.
Испытания новой технологии восстановления прошли успешно как с миниатюрными батареями, так и с крупными аккумуляторными блоками автомобилей.
Некоторые специалисты относятся к открытиям коллег с осторожностью. Инженер Жаклин Эдж из Имперского колледжа Лондона считает, что перед заявлением об успехе нужно провести долгосрочные исследования, чтобы выяснить возможные побочные эффекты от введения химических веществ.
Способ, предложенный японскими инженерами, применим только к аккумуляторам, имеющим очень специфичную форму деградации. Польза от этого способа будет ощутима только при условии, что известно прошлое батареи или можно определить ее состояние с помощью неразрушающих методов. объяснила Эдж.
Группа исследователей Toyota подала заявку на патент. Технология японских инженеров привлекла внимание ряда компаний и правительственных организаций, в том числе американского. Агентство передовых энергетических исследований. .