Toshiba Corporation, lityum iyon pil oksit anotlarını düşük maliyetle ve düşük çevresel etkiyle geri dönüştürmek için bir yöntem geliştirdi. Ağustos 2023'te yürürlüğe giren AB Pil Yönetmeliği, karbon ayak izlerinin (CFP) beyan edilmesini ve ürün yaşam döngüsü boyunca yüksek düzeyde çevresel değerlendirme yapılmasını zorunlu kılarak, dünya çapındaki şirketlerden hızlı bir yanıt gerektiriyor. Toshiba, basit bir ısıl işlem süreciyle yüksek güçlü, uzun ömürlü oksit anot lityum iyon pillerin geri dönüştürülmesini sağlayan doğrudan bir geri dönüşüm yöntemi geliştirdi ve bu yöntemin etkinliğini kanıtladı.
Yöntem, kararlı kristal yapılarına sahip oksit aktif malzemelerin özelliklerini kullanır ve aktif malzemeleri olduğu gibi ve kimyasal elemente dönüştürmeden geri dönüştüren doğrudan geri dönüşümü kullanır. Aktif malzeme, akım toplayan folyo adı verilen ince bir metal levha üzerine kaplanır. Bu geri dönüşüm yöntemi, aktif malzeme yapısının kararlılığından yararlanır ve basit bir ısıl işlem uygulayarak aktif malzemenin o durumda negatif elektrodun akım toplayan folyosundan ayrılmasını sağlar.
Aktif malzemenin yapısı stabil olduğundan, karmaşık yeniden etkinleştirme süreçlerine gerek kalmaz ve böylece aktif malzemelerin düşük maliyetle yeniden kullanılması sağlanır. Ayrıca, geleneksel elektrot geri dönüşüm yöntemleriyle karşılaştırıldığında, yöntem daha düşük sıcaklıklarda gerçekleştirilebilir ve böylece çevresel etki azaltılır. Bu yöntem kullanılarak geri dönüştürülen malzemeleri hiç kullanılmamış bakir malzemelerle karşılaştıran Toshiba, karbon ayak izinde (CFP) %85'e kadar bir azalma tahmin ediyor.
Ayrıca Toshiba, bu yöntemi şirket tarafından geliştirilen niyobyum titanyum oksit (NTO) anot pillerine uyguladı. Geri dönüştürülmüş elektrotlarla yapılan pillerin performans değerlendirmeleri, elektrotların yeni elektrotlarla kıyaslandığında %97'den fazla kapasiteyi koruduğunu doğruladı. Piller ayrıca yeni pillerle aynı uzun ömre sahipti.
Bu sonuçlar dergide yayınlandı Sürdürülebilir Malzemeler ve Teknolojiler.
Arka fon. Kobalt ve nikel içeren katot malzemelerinin geri dönüşümü artan talep nedeniyle ilerleme kaydetmiştir; ancak yaygın bir lityum-iyon pil anot malzemesi olan grafitin geri dönüşümü, uzun süreli kullanımdan sonra yapısal değişiklikler ve bozulma nedeniyle ortaya çıkan geri dönüşüm için gereken süreçlerin karmaşıklığı ve önemli maliyet zorlukları yaratması nedeniyle ilerleme kaydedememiştir.
Ancak katotlar gibi anotlar da belirli bir CFP'ye sahiptir ve geri dönüşüm yoluyla bunu azaltma ihtiyacı vardır, bu da daha basit bir geri dönüşüm yönteminin geliştirilmesine yönelik talebi doğurur. Toshiba, gelecekte elektriklendirilmesi beklenen ticari araçlar için uygun olan, grafit anotlu pillere göre daha yüksek güç ve daha uzun ömür sunan oksit anotlu piller geliştirdi. Toshiba, grafite kıyasla geri dönüşümü daha kolay olan oksit anotların özelliklerinden yararlanan bir geri dönüşüm yöntemi geliştirdi.
Pillerin aktif malzemelerinin geri dönüştürülmesinde, aktif malzemeyi yapısını koruyarak yeniden kullanan doğrudan geri dönüşüm ve aktif malzemeleri elementlerine ayırıp geri kazandıktan sonra yeniden sentezleyen yöntemler gibi yöntemler vardır. Aktif malzemeyi kimyasal elementlere ayırmayı içeren geri dönüşüm, onu kullanım için yeniden sentezlemek için enerji gerektirirken, doğrudan geri dönüşüm yeniden sentezlemeyi gerektirmez, böylece hem maliyeti hem de çevresel etkiyi azaltır ve bu da son yıllarda araştırma ve geliştirmeyi teşvik etmiştir.
Teknolojinin özellikleri. Bu ihtiyaçlar ışığında Toshiba, yüksek güçlü, uzun ömürlü oksit anot piller için doğrudan geri dönüşüm teknolojisi geliştirdi. Bu teknolojinin, aktif malzemenin oksit anot elektrotlarının akım toplayan folyosundan aktif malzemeyi ayırdığı, aktif malzemenin yapısını ve özelliklerini koruduğu ve böylece doğrudan yeniden kullanıma olanak sağladığı doğrulandı.
Geri dönüşüm süreci sırasında aktif malzemenin yapısal kararlılığını korumak, doğrudan geri dönüşümü elde etmek için önemlidir. Oksit anot malzemeleri arasında, Toshiba tarafından geliştirilen niyobyum titanyum oksit (NTO) anot, kararlı bir aktif malzeme yapısına sahiptir. Toshiba, bu özellikten yararlanarak, ısıl işlemin NTO'yu anot içinde sabitleyen bağlayıcı bileşeni ayrıştırdığı, akım toplayan folyodan sıyrılmayı ve kolay ayırma ve geri kazanımı sağlayan bir yöntem geliştirmiştir.
Ayrıca bu yöntem, elektrot geri dönüşümünde tipik olarak kullanılan ısıl işlemlere kıyasla daha düşük sıcaklıklarda işleme olanağı sağlamakta ve geri kazanılan aktif malzeme, kirlilikler giderildikten sonra doğrudan yeniden kullanılabilmektedir.
Toshiba, pil üretim süreçleri sırasında üretilen simüle edilmiş elektrot atıklarından ve ömürlerinin sonuna kadar simüle edilmiş bozulmaya sahip pillerden geri dönüştürülmüş NTO kullanarak elektrotlar üretmiştir. Pillerdeki performansları değerlendirildikten sonra, aktif malzeme performansının bir göstergesi olan aktif malzeme kapasitesinin, yeni bir pille kıyaslanabilir şekilde %97'den fazla performans sağladığı doğrulanmıştır.
Ayrıca geri dönüştürülmüş pillerin, tekrarlanan şarj ve deşarj işlemlerinden sonra bile yeni pillerle eşdeğer kapasiteyi koruduğu ve bu sayede uzun bir kullanım ömrü sağladığı tespit edildi.
Gelecekteki gelişmeler. Toshiba ilk olarak fabrikalarda üretilen elektrot hurdaları gibi atık malzemeleri hedefleyen geri dönüşüm yöntemleri oluşturmaya odaklanacaktır. Kullanılmış pillerin piyasadan toplandığı aşamaya bakıldığında Toshiba, geri dönüştürülmüş malzemeleri ürünlere dahil etmek için bir çerçeve oluşturmayı ve piyasadan NTO anot hücrelerini geri kazanmak ve geri dönüştürmek için bir geri dönüşüm şeması geliştirmeyi amaçlamaktadır.
Kaynaktan Yeşil Araba Kongresi
Yasal Uyarı: Yukarıda belirtilen bilgiler, Chovm.com'dan bağımsız olarak greencarcongress.com tarafından sağlanmaktadır. Chovm.com, satıcının ve ürünlerin kalitesi ve güvenilirliği konusunda hiçbir beyan ve garanti vermez. Chovm.com, içeriğin telif hakkıyla ilgili ihlallere ilişkin her türlü sorumluluğu açıkça reddeder.
