วิธีใหม่แกะกล่อง! วิจัยเผยเทคนิค DEER ช่วย รีไซเคิลแบตเตอรี่ ฟื้นฟูขั้วไฟฟ้า คืนความจุสูง 95% ลดต้นทุนและประหยัดพลังงานกว่าเดิม
ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยคอร์เนลล์ ได้พัฒนาวิธีรีไซเคิลแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโดยไม่จำเป็นต้องย่อยสลายกลับไปเป็นวัตถุดิบตั้งต้น
วิธีการดังกล่าว เรียกว่า Direct Electrode-to-Electrode Regeneration หรือ DEER ซึ่งทำโดยการฟื้นฟูขั้วไฟฟ้าที่สึกหรอ ให้สามารถนำกลับมาใช้งานใหม่ได้ ซึ่งผลการวิจัยชี้ว่า แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าบางส่วนสามารถนำมาปรับปรุงสภาพได้ด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่าและใช้พลังงานน้อยกว่าวิธีรีไซเคิลแบบเดิม
ในวิธีการปกติ การรีไซเคิล จะมีการนำแบตเตอรี่ใช้แล้วไปบดย่อยจนกลายเป็นผงสารผสมที่เรียกว่า Black Mass ครับ จากนั้นจึงใช้ความร้อนสูง หรือ สารเคมี หรือทั้งสองวิธีร่วมกัน เพื่อสกัดเอาลิเธียม โคบอลต์ นิกเกิล แมงกานีส ทองแดง และอะลูมิเนียมกลับคืนมา จากนั้นนำแร่ธาตุเหล่านี้ไปสร้างแบตเตอรี่ใหม่ ซึ่งวิธีการนี้ บางครั้งก็มีต้นทุนที่แพงกว่าการซื้อแบตใหม่
แต่งานวิจัยของคอร์เนลล์ ได้มุ่งเน้นไปที่ปัญหาที่พบบ่อยในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีอายุการใช้งานยาวนาน ซึ่งจะมีการสะสมคราบตะกรันบนขั้วไฟฟ้า ในระหว่างที่แบตเตอรี่ผ่านการชาร์จและคายประจุ โดยจะมีชั้นสารเคลือบผิวที่เรียกว่า Solid Electrolyte Interphase หรือ SEI ก่อตัวขึ้นบนพื้นผิว
แม้ชั้น SEI จะมีความจำเป็นต่อเสถียรภาพของแบตเตอรี่ในระดับหนึ่ง แต่หากสะสมหนาเกินไป มันจะขัดขวางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและลดความจุของแบตเตอรี่ลง
ในกระบวนรีไซเคิลของ DEER นักวิจัยจะแยกชิ้นส่วนเซลล์แบตเตอรี่ที่ใช้แล้ว จากนั้นนำขั้วไฟฟ้าไปแช่ในอ่างเคมีไฟฟ้าที่บรรจุสาร 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone กระบวนการนี้จะช่วยลอกชั้น SEI ส่วนเกินออกโดยไม่ทำลายโครงสร้างของตัวขั้วไฟฟ้า จากนั้นจึงนำขั้วไฟฟ้าที่ผ่านการฟื้นฟูกลับไปประกอบเป็นเซลล์แบตเตอรี่ใหม่
นักวิจัยรายงานว่า เซลล์แบตเตอรี่ที่ผ่านการฟื้นฟูสามารถกู้คืนความจุกลับมาได้สูงถึง 95% ของความจุเดิม ทั้งยังพบว่าแบตเตอรี่ที่ผ่านกระบวนการนี้เสื่อมสภาพช้ากว่าแบตเตอรี่ที่ไม่ได้เข้ากระบวนการเสียอีก
โดยแบตเตอรี่เสื่อมสภาพที่ไม่ผ่านการฟื้นฟูจะสูญเสียความจุในอัตรา 0.072% ต่อรอบการชาร์จ เทียบกับ 0.042% ต่อรอบในแบตเตอรี่ที่ฟื้นฟูผ่าน DEER ซึ่งอัตราการเสื่อมสภาพที่ช้ากว่านี้คงอยู่ได้นานประมาณ 800 รอบก่อนจะเริ่มขยับสูงขึ้น
เมื่อนำแบตเตอรี่ที่เคยเข้ากระบวนการรอบแรก มาทำครั้งที่สอง ตัวแบตเตอรี่ยังคงมีความจุได้มากถึง 90% ของความจุเดิม แสดงให้เห็นว่ากระบวนการนี้สามารถยืดอายุการใช้งานของขั้วไฟฟ้าได้มากกว่าหนึ่งครั้ง ขึ้นอยู่กับสภาพความสมบูรณ์ของแบตเตอรี่
เซลล์แบตเตอรี่ที่รีไซเคิลด้วยวิธี DEER อาจมีต้นทุนอยู่ที่ 15.25 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลกรัม เทียบกับ 26.31 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลกรัมสำหรับการรีไซเคิลด้วยกระบวนการความร้อนสูงหรือการชะละลายทางเคมี
อย่างไรก็ตาม การประเมินนี้ยังไม่รวมต้นทุนการดึงสารละลาย DMI กลับมาใช้ใหม่ ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนถึง 63% ของต้นทุนกระบวนการทั้งหมด หากสามารถนำสารเคมีดังกล่าวกลับมาหมุนเวียนใช้ซ้ำได้ ความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ก็จะยิ่งสูงขึ้นเมื่อขยายขนาดไปสู่ระดับอุตสาหกรรมครับ
ส่วนตัวแอบคาดหวังว่า อยากให้เกิดการรีไซเคิลแบบนี้เร็วขึ้น เพราะปัจจุบัน คนไทยเริ่มใช้งานรถยนต์ EV มากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งถ้าหากรถเก่า หรือชิ้นส่วนอื่น ๆ พังจนเจ้าของเลิกขับรถไปแล้ว ก็ยังสามารถเอาแบตเตอรี่มารีไซเคิลด้วยวิธีการดังกล่าว และสามารถไปแบตไปใช้เป็น Power Storage สำหรับ Solar Cell ในบ้าน ก็ยังได้
ที่มา : techspot
