Kimyasal Sıvı Analizinde Önemli İlerleme Sağlandı

Mart 2025'te Energy Materials and Devices'da yayımlanan işbirlikli bir çalışma, eski LiCoO₂ (LCO) katotlarını canlandırmak için bilyalı öğütme destekli bir tekniği ortaya koydu. Araştırmacılar, bozulmuş kristal yapıları amorf ara maddelere dönüştürerek ve ardından yüksek sıcaklıklarda sinterleyerek katmanlı mimariyi başarıyla yeniden inşa ettiler ve pil sınıfı performansı geri kazandılar. Yenilenen katotlar, 0,5 C'de 179,10 mAh·g⁻¹ kapasite gösterdi ve bu da yeni ticari malzemelerle eşleşti. Yöntem, verimlilik, maliyet ve çevresel ayak izi açısından geleneksel geri dönüşüm yollarına kıyasla zorlayıcı avantajlar sunuyor ve sürdürülebilir pil yeniden kullanımına doğru önemli bir adım atıyor.

                Ağır şekilde bozulmuş lityum kobalt oksit (LCO) katotları için rejenerasyon sürecinin şematik gösterimi. Bilyalı öğütme yoluyla, spinel fazlı yapılandırılmış kullanılmış LCO (SLCO), lityum yenilenmesini ve yapısal restorasyonu kolaylaştıran amorf bir ara maddeye (rLCO) dönüştürülür. LiOH ile daha sonra yapılan işlem, restore edilmiş katmanlı mimari ve elektrokimyasal performansa sahip rejenerasyonlu LCO (RLCO) oluşumunu sağlar.

Bu çalışmanın merkezinde bilyalı öğütmeyle yönlendirilen bir yapısal dönüşüm stratejisi yer almaktadır. İşlem, genellikle bozulmuş LCO katotları üzerinde oluşan sert ve kusura eğilimli spinel fazını (Co₃O₄) homojen bir amorf faza dönüştürür. Bu ara ürün yalnızca iç stresi hafifletmekle kalmaz, aynı zamanda sonraki yüksek sıcaklıktaki sinterleme sırasında lityumun düzgün bir şekilde yeniden bütünleşmesini de kolaylaştırır. Yenilenen LCO (RLCO) katotları, 0,5 C'de 179,10 mAh·g⁻¹'lik yüksek bir deşarj kapasitesine ulaşarak ticari standartlarla yakından eşleşti. Performans ölçütleri ümit vericiydi: %91,7 başlangıç ​​Coulombic verimliliği ve 100 döngüden sonra %88 kapasite tutma. Sonlu eleman modellemesi, geleneksel onarım tekniklerine kıyasla amorf faz içinde üstün lityum difüzyonunu doğruladı. Ekonomik olarak, yöntem hidrometalurjiye kıyasla geri dönüşüm maliyetlerini yaklaşık %25 oranında azaltır, toksik atık su oluşumunu ortadan kaldırır ve geri kazanılan her kilogram malzeme için tahmini 1.503 $ kar sunar. HAADF-STEM, XRD ve XPS dahil olmak üzere gelişmiş karakterizasyon teknikleri, katmanlı kristal yapının tam restorasyonunu ve Co²⁺ ile ilgili kusurların giderilmesini doğruladı. Sonuçlar, doğrudan katot rejenerasyonundaki uzun süredir var olan engelleri ele alıyor ve bu yöntemi nikel-manganez-kobalt (NMC) ve lityum demir fosfat (LFP) gibi yaygın olarak kullanılan diğer katot kimyalarına genişletmenin temelini oluşturuyor.

Çalışmanın eş-yazışma yazarı Dr. Guangmin Zhou, "Bu çalışma yapısal bozulmayı bir fırsat olarak yeniden çerçevelendiriyor," dedi. "Amorf ara madde, lityum için bir 'onarım otoyolu' görevi görerek NMC veya LFP gibi diğer katot malzemelerini yenilemek için genelleştirilebilir bir strateji sunuyor." Bağımsız uzmanlar, ham madde bağımlılığını azaltma ve elektronik atığı azaltma becerisine atıfta bulunarak yöntemin büyük ölçekli dağıtım potansiyelini vurguladılar. Çalışmanın bilimsel titizlik ve pratik uygulanabilirlik dengesi, onu pil geri dönüşümünün geleceği için önemli bir referans haline getiriyor.

Bu rejenerasyon tekniği, sürdürülebilir pil teknolojisi ve dairesel ekonomi çabaları için güçlü bir vaat taşıyor. Bozulmuş LCO katotlarının verimli, büyük ölçekli geri dönüşümünü sağlayarak, yöntem, sınırlı ve jeopolitik olarak hassas tedarik zincirlerine sahip kritik kaynaklar olan bakir kobalt ve lityuma olan bağımlılığı önemli ölçüde azaltabilir. Maliyet etkinliği ve operasyonel basitliği, mevcut pil üretim iş akışlarına potansiyel entegrasyonu ile endüstriyel benimseme için iyi bir konumdadır. Dahası, AB Pil Yönetmeliği gibi katı çevre düzenlemeleriyle uyumludur ve eski geri dönüşüm sistemlerine düşük karbonlu, atıksız bir alternatif sunar. LCO'nun ötesinde, amorf faz mühendisliğinin ve yapısal restorasyonun temel ilkeleri, yeni nesil enerji depolama çözümlerinde daha geniş inovasyonu destekleyerek diğer kimyalara uygulanabilir.

KAYNAK: https://www.chemeurope.com/en/news/1186020/from-trash-to-treasure-new-method-efficiently-regenerates-spent-lithium-cobalt-oxide-batteries.html