Elektrikli otomobillerin artan yaygınlığıyla birlikte batarya ömrü ve geri dönüşüm süreçleri de giderek daha fazla önem kazanıyor. Cornell Üniversitesi’nden araştırmacılar, lityum iyon bataryaların tamamen parçalanmasına gerek kalmadan yeniden kullanılmasını sağlayabilecek yeni bir yöntem geliştirdi.
Araştırmacılar tarafından “Direct Electrode-to-Electrode Regeneration” (DEER) adıyla tanımlanan yeni teknik, bataryaların ömrünü uzatabilirken geri dönüşüm maliyetlerini de düşürebiliyor.
Elektrikli araçlarda kullanılan lityum iyon bataryalar, zamanla performans kaybediyor. Bu durumun başlıca nedenlerinden biri, elektrotların yüzeyinde oluşan SEI (Solid Electrolyte Interphase) tabakası.
Bu tabaka, bataryanın ilk aşamada düzgün çalışmasına yardımcı olsa da, şarj ve deşarj döngüleri ilerledikçe kalınlaşıyor. Kalınlaşan SEI tabakası, lityum iyonlarının ve elektronların elektrotlar arasında hareket etmesini zorlaştırarak bataryanın kapasitesinin azalmasına neden oluyor.
Araştırmacılar, bataryanın tamamını değiştirmek yerine yalnızca yıpranan elektrotları yenilemeyi hedefleyen bir yöntem geliştirdi. DEER yönteminde, kullanılmış bataryalardaki elektrotlar çıkarılıyor ve özel bir kimyasal çözelti olan DMI ile temizleniyor.
Bu işlem sayesinde elektrotun kendisine zarar vermeden, zamanla biriken kalın SEI tabakası ortadan kaldırılıyor. Böylece eskiyen elektrot yeniden kullanılabilir hale geliyor ve yeni bir batarya hücresine yerleştirilerek ikinci bir ömür kazanıyor.
Laboratuvar ortamında yapılan testlerde, DEER yöntemiyle yenilenen batarya hücrelerinin orijinal kapasitelerinin yüzde 95’ine kadar geri kazandığı belirtildi.
Araştırmaya göre yenilenen bataryalar, tedavi edilmemiş bataryalara kıyasla daha yavaş kapasite kaybı gösterdi. Tedavi edilmemiş bataryalarda kapasite kaybı döngü başına yüzde 0,072 iken, DEER yöntemiyle yenilenen hücrelerde bu oran yüzde 0,042 olarak ölçüldü.
Bu düşük bozulma oranı yaklaşık 800 döngü boyunca sürdürüldü. Ayrıca araştırmacılar, ikinci bir DEER işlemiyle daha önce yenilenmiş bir bataryanın kapasitesini yeniden yüzde 90 seviyesine çıkarabildi.
Geleneksel batarya geri dönüşümünde, bataryalar genellikle parçalanarak lityum, kobalt, nikel, manganez, bakır ve alüminyum gibi değerli malzemelerin geri kazanıldığı bir karışım haline getiriliyor.
DEER yöntemi ise kullanılabilir elektrotları doğrudan koruyarak geri dönüşüm sürecini daha verimli hale getirebiliyor. Bu durum özellikle elektrikli otomobiller için önemli, çünkü araç bataryaları genellikle orijinal kapasitelerinin yüzde 70-80’ine düştüğünde kullanımdan çıkarılıyor.
Ancak bu bataryalar, elektrotları tamamen kullanılamaz hale gelmeden önce yeniden değerlendirilebilir durumda olabiliyor.
Araştırmacılar, DEER yönteminin özellikle SEI birikimi nedeniyle kapasite kaybeden bataryalarda etkili olduğunu belirtiyor. Lityum kaybı, çatlamış parçacıklar veya yapısal hasar gibi sorunlar söz konusu olduğunda ise geleneksel geri dönüşüm yöntemlerine ihtiyaç duyuluyor.
Cornell Üniversitesi’nin hesaplamalarına göre, DEER yöntemiyle geri dönüştürülen batarya hücrelerinin maliyeti kilogram başına 15,25 dolar seviyesinde olabilir.
Araştırma henüz laboratuvar aşamasında olsa da, ticari kullanıma geçebilmesi için bataryaların sökülmesi, elektrotların işlenmesi ve DMI’nin yeniden kullanılması gibi süreçlerin geliştirilmesi gerekiyor.
BATARYALARDAKİ SORUN NE?
YENİ YÖNTEM BATARYALARIN ÖMRÜNÜ UZATIYOR
LABORATUVAR TESTLERİ VAAT VERİYOR
MALİYETLERİ DÜŞÜREBİLİR
