Her yıl dünya genelinde milyonlarca lityum iyon pil (LIB) atılıyor ve bunların yalnızca yüzde 5’i geri dönüştürülüyor. Bu durum, yıllık toplam 8 milyon ton atığa neden oluyor. Enerji depolama ihtiyacının artmasıyla birlikte lityum iyon pil stoğu her yıl yüzde 20 oranında büyüyor. Bu da atık bertaraf oranlarını kritik seviyelere taşırken, geri dönüşümle ilgili ciddi endişelere yol açıyor. Tahminlere göre, 2036 yılına kadar atık miktarının 136.000 tonu aşabileceği öngörülüyor.
MEVCUT YÖNTEMLER YETERSİZ
Geleneksel hidrometalurjik ve pirometalurjik yöntemler, kullanılmış lityum iyon pillerin değerini tam olarak geri kazandıramıyor ve çevresel riskleri yeterince azaltamıyor. Bu nedenle, geri dönüşüm verimliliğini artırmak amacıyla doğrudan rejenerasyon yöntemlerine yönelik çalışmalar hız kazanmış durumda.
Bu soruna çözüm bulmak amacıyla Çin’deki Central South Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Okulu'ndan bir grup araştırmacı, daha düşük enerji tüketimi ve çevresel sürdürülebilirlik avantajları nedeniyle erimiş tuz yöntemini kapsamlı bir şekilde araştırdı.
ERİMİŞ TUZ YÖNTEMİ
Erimiş tuz rejenerasyon stratejileri, yüksek sıcaklık koşullarında çalışarak düşük sıcaklıklarda ciddi şekilde bozulmuş lityum iyon pilleri onarmakta zorlanan geleneksel yöntemlerin sınırlamalarını aşmayı hedefliyor.
Araştırmacılar, erimiş tuzların avantajlarına rağmen bazı yapısal sorunların devam ettiğini belirtiyor. Araştırmacılar; bu sınırlamaların, ağır hasar görmüş pillerde performans kurtarmayı engellediğini ve erimiş tuz sistemlerinin acil optimizasyonunu gerektirdiğini söyledi.
ERİMİŞ TUZ YÖNTEMİ
Chen ve ekibi, çalışmada katot rejenerasyonunu artırmak için yüksek sıcaklık koşullarından yararlanan rafine edilmiş bir erimiş tuz yaklaşımı geliştirdi. Bu yöntemde yüksek erime noktalı potasyum klorür (KCl) ekleyerek iyon değişimini ve kütle taşınımını iyileştirdiler. Ayrıca, nikel (Ni) ve manganez (Mn) ile lityum kobalt oksitin (LCO) birleştirilmesiyle oluşan ciddi şekilde bozulmuş S-NCM katotlarının tamamen yeniden kristalleşmesini sağladılar.
YAPISAL KUSURLAR ONARILDI
Elde edilen sonuçlar, yöntemin yapısal kusurları etkili bir şekilde onardığını, kirlilik fazlarını en aza indirdiğini ve kaybolan lityumu geri kazandırdığını ortaya koydu. Böylece pilin kararlılığı ve performansı önemli ölçüde arttı.
Araştırmacılar, rejenerasyon sürecinin R-NCM olarak adlandırılan üçlü katotların kararlı tek taneciklere dönüşmesini sağladığını açıkladı. Bu dönüşüm, zamanla şiddetli kristal bozulması nedeniyle oluşan yapısal kusurları etkili bir şekilde onarıyor.
Ekip çalışmasıyla ilgili yaptığı açıklamada şunları söyledi: “Derin rejenerasyon ve yeniden kristalleşme sonrasında, oldukça bozulmuş S-NCM katmanlı yapı eski haline getirilebilir ve yüzey oksijen boşlukları ile O-TM içeriği önemli ölçüde azaltılabilir. Ayrıca, tek kristal yapıya sahip geri dönüştürülmüş katot, çevrim sırasında parçacık çatlaklarını ve zararlı yan reaksiyonları etkili bir şekilde bastırıyor. 1°C’de 200 çevrimden sonra %81,2’lik kapasite tutma sağlıyor; bu oran, standart C-NCM’den bile önemli ölçüde daha yüksek.”
Araştırma ekibi, bu rejenerasyon yönteminin uygulama alanını genişletmeyi hedefliyor. Özellikle, farklı geçiş metali bileşimlerine sahip bozulmuş lityum iyon pil katotlarında da aynı etkinin sağlanabileceği belirtiliyor.
