数百万の電気自動車のバッテリーが使用寿命を迎えようとしている中、研究者たちはこれらのバッテリーを再利用する方法を見つけ、その性能を向上させることに成功しました。カリフォルニア大学サンディエゴ校の科学者たちは、使用済みのリチウム鉄リン（LFP）バッテリー材料をリチウムマンガンリン（LMFP）に変換するプロセスを開発しました。この新しいタイプのバッテリーは、より多くのエネルギーを蓄えることができ、LFPバッテリーの安全性と長寿命を維持します。この研究は新しいバッテリーリサイクル方法を提供し、チームは古いバッテリーを原材料に分解して新しい陰極を作るのではなく、既存の陰極をより良い材料にアップグレードすることを目指しています。
この方法は廃棄物を減らし、エネルギー消費を低減し、退役した電気自動車のバッテリーの価値を高める可能性があります。
新しいリサイクル方法がバッテリーの性能と安全性を向上させる
クリーンなリサイクルプロセスは廃棄物を減らすことを目的としています。LFPバッテリーは電気自動車や大規模エネルギー貯蔵システムで最も広く使用されているバッテリーの一つです。コバルトやニッケルのような高価な金属を必要としないため、LFPバッテリーは多くの他のリチウムイオンバッテリーよりもコストが低く、現在、このタイプのバッテリーは世界のリチウムイオンバッテリー市場のほぼ半分を占めています。これらのバッテリーが徐々に劣化する中で、高効率のリサイクル方法を見つけることがますます重要になっています。ほとんどのリサイクル方法は、高温または強力な化学薬品を使用して価値のある材料を回収する必要があります。研究の第一著者であるカリフォルニア大学サンディエゴ校の鄭辰研究室のポスドク研究員である李偉は、「これらのプロセスは環境に優しくありません。」と指摘しています。
李偉は、これらの方法が大量のエネルギーを消費し、大量の廃棄物と排出物を生成することを説明しました。
鄭辰の研究チームは以前、古いLFPバッテリーを新しいLFP材料に回復させる方法を開発しました。しかし、回収されたバッテリーは同じ化学成分を保持しています。李偉は、「再生後、それは依然としてLFPです。」と述べています。一方、新しい方法では材料がLMFPにアップグレードされ、より多くのエネルギーを蓄えることができます。鄭辰は、「これは消耗したバッテリーにより価値のある最終用途を提供する可能性があります。」と付け加えました。
研究チームはリサイクル効率の向上を計画
このリサイクルプロセスは、まずバッテリーパックを開け、中に密に巻かれた層を取り出します。これらは「ゼリー巻き」と呼ばれています。研究者たちはこれらの層をスライスし、水に浸し、材料を軽く振って陰極コーティングとアルミ箔を分離します。李偉は、「アルミ箔も単独でリサイクル可能です。」と説明しました。残りの陰極材料は乾燥され、細かい黒い粉に粉砕されます。その後、研究者たちはリチウム、マンガン、リン酸塩を加えてLMFPの成分を提供します。
チームは大きな課題に直面しています。なぜなら、添加された塩類と元のLFP材料は異なる結晶構造を持っているからです。李偉は、「それらの構造は互換性がありません。直接混合すると、最終製品の原子分布が不均一になり、電気化学的性能が悪化します。」と明らかにしました。この問題を解決するために、研究者たちはまずリチウムマンガンリン（LMP）という中間化合物を準備します。これはLFPに似た結晶構造を持っています。彼らは粉末を細かく磨いて混合し、加熱します。鄭辰は、「ここでエキサイティングな化学反応が起こります。」と述べています。加熱プロセス中に、LMPが最初に形成され、LFPに均一に混合され、マンガン原子が徐々に一部の鉄を置き換え、均一なLMFP構造を形成します。
各粒子の周りには薄い炭素の層も形成され、材料の導電性を助け、複数回の充電サイクルにおいて保護を提供します。
アップグレードされたLMFP材料は、元のLFPよりも多くのエネルギーを蓄え、耐久性と安全性を維持します。研究者たちは異なるメーカーのLFPバッテリーをテストし、プロセスをキログラムスケールに拡大しました。回収された材料は、小型の実験室用コイン電池や、電気自動車や大規模エネルギー貯蔵システムに使用されるバッテリーに似た大型パッケージバッテリーで良好な性能を示しました。研究チームは現在、プロセスの効率を向上させ、より多くの材料を取得する計画を立てています。彼らはまた、材料の成分と構造を改善して性能を向上させ、大規模リサイクルのための技術準備を整えたいと考えています。この研究は『Joule』誌に発表されました。
項目 規格 電池類型 LFP / LMFP 儲存能量 LFPより高い