Cornell Üniversitesi araştırmacıları, kullanım ömrünün sonuna yaklaşan lityum iyon bataryaların elektrotlarını hammaddelerine ayırmadan yenileyen bir yöntem geliştirdi. Doğrudan elektrottan elektroda yenileme adı verilen DEER süreci, laboratuvar hücrelerinde ilk kapasitenin yüzde 95’ine kadarını geri kazandırdı. Yöntem özellikle elektrikli araç bataryalarında katot ve anot yapısını koruyarak enerji, su ve maliyet tüketimini azaltmayı hedefliyor; ancak çalışma henüz tam ölçekli otomobil batarya paketinde uygulanmadı.
Araştırmayı değerlendiren bilimsel incelemeye göre geleneksel geri dönüşüm, hücreleri parçalayarak “kara kütle” adlı karışıma dönüştürüyor ve değerli metalleri kimyasal işlemlerle ayırıyor. DEER ise NMC katot ile grafit anot tabakalarını bütün hâlde çıkarıyor. Ardından özel bir elektrolit banyosu, kullanım sırasında elektrot yüzeyinde biriken ve iç direnci artıran ara katmanları çözüyor.
Araştırmacılar önce kapasitesi yaklaşık yüzde 80’e düşmüş laboratuvar hücrelerini işledi. Yenilenen elektrotlarla ve taze elektrolitle kurulan hücre, oluşum döngülerinden sonra ilk kapasitenin yüzde 95’ine ulaştı. Ekip aynı elektrotları ikinci kez yenilediğinde üçüncü yaşam hücresi yüzde 90 kapasite sağladı. Böylece yöntem tek seferlik onarımdan fazlasını gösterebildi.
Daha gerçekçi sınamada araştırmacılar 2.700 döngü boyunca yaşlandırılmış 3 amper-saatlik NMC811 grafit kese hücrelerinin elektrotlarını kullandı. Bu örneklerde geri kazanılan kapasite yüzde 90,3 düzeyinde kaldı. Üstelik ekip tam 3 amper-saatlik hücreyi doğrudan yenilemedi; sökülen elektrotlardan daha küçük test hücreleri hazırladı.
DEER süreci elektrotları kara kütleye dönüştürmüyor
Elektrot yüzeyindeki katmanların çözündüğünü Raman ve kızılötesi ölçümler doğruladı. Analiz, istenmeyen bileşiklerin elektrottan ayrılıp yenileme sıvısına geçtiğini gösterdi. Bu adım önem taşıyor; çünkü kapasite artışının yalnızca kısa süreli bir elektriksel koşullandırmadan değil, yüzey kimyasındaki gerçek değişimden geldiğini destekliyor.
Çalışmanın yaşam döngüsü hesabı, yenilenmiş NMC811 hücre üretiminde su tüketimi ve hava kirleticilerinin yeni malzemeden üretime göre yüzde 20 ile yüzde 40 aralığına inebileceğini belirtiyor. Tekno-ekonomik değerlendirme işlem maliyetinde geleneksel geri dönüşüme göre yüzde 56’ya kadar azalma öngörüyor. Bu rakamlar laboratuvar verileri ile modellenmiş üretim varsayımlarına dayanıyor.
Yöntemin otomobil servisinde bataryayı sökmeden uygulanması mümkün değil. Hücrelerin güvenli biçimde açılması, elektrotların ayrılması ve yeni elektrolitle yeniden kurulması gerekiyor. Bu işlem hasarlı ayırıcı, şişmiş hücre veya mekanik çatlak gibi sorunları kendiliğinden düzeltmiyor. Ayrıca ekip LFP gibi farklı kimyaları, ağır hasarlı elektrotları ve endüstriyel ölçekte sürekli üretimi henüz göstermedi. Bir sonraki aşama, işlemi daha büyük hücrelere ve otomatik söküm hatlarına güvenle taşımak olacak. Ticari maliyet ise ancak pilot tesis sonuçlarıyla anlaşılacak.
Günün Öne Çıkan Fırsatları
