Η ανακύκλωση των μπαταριών λιθίου, είτε πρόκειται για τις μεγάλες που κινούν τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα είτε για τις μικρές που βρίσκονται σε φορητές συσκευές, παραμένει μια από τις πιο δύσκολες και δαπανηρές προκλήσεις της εποχής μας. Οι διαδικασίες απαιτούν εξειδικευμένα εργοστάσια, υψηλές θερμοκρασίες και χρήση χημικών ουσιών, γεγονός που καθιστά το κόστος ιδιαίτερα υψηλό. Ως αποτέλεσμα, τεράστιες ποσότητες χρησιμοποιημένων μπαταριών καταλήγουν στις χωματερές, δημιουργώντας ένα ολοένα και πιο πιεστικό περιβαλλοντικό πρόβλημα.
Μια ομάδα ερευνητών από το MIT προτείνει μια διαφορετική προσέγγιση. Δημιούργησαν έναν νέο ηλεκτρολύτη, δηλαδή την ουσία που διευκολύνει τη ροή ιόντων λιθίου μεταξύ καθόδου και ανόδου, ο οποίος όχι μόνο είναι σταθερός κατά τη λειτουργία της μπαταρίας, αλλά και ανακυκλώνεται εύκολα, σχεδόν «αυτόματα». Το μυστικό βρίσκεται στον τρόπο με τον οποίο αλληλεπιδρά με διαφορετικά υγρά: σε επαφή με νερό σχηματίζει μια σταθερή γέλη που αγωγεί τα ιόντα, ενώ αν βυθιστεί σε οργανικούς διαλύτες, διαλύεται αμέσως, επιτρέποντας την ανάκτηση των συστατικών του χωρίς περίπλοκες διαδικασίες.
Έμπνευση από το Kevlar
Ο νέος ηλεκτρολύτης βασίζεται σε μια κατηγορία μορίων που ονομάζονται αμφίφιλα αραμίδια (AAs), τα οποία έχουν παρόμοια χημική δομή και αντοχή με το Kevlar, το υλικό που χρησιμοποιείται ευρέως σε αλεξίσφαιρα γιλέκα και άλλο προστατευτικό εξοπλισμό. Όταν βρεθούν στο νερό, τα μόρια αυτά ευθυγραμμίζονται σχηματίζοντας νανοταινίες που δίνουν στο υλικό υψηλή μηχανική αντοχή. Σε συνδυασμό με το πολυαιθυλενογλυκόλη (PEG), ένα υλικό που επιτρέπει την αγωγιμότητα των ιόντων λιθίου, προκύπτει ένας ηλεκτρολύτης αρκετά σταθερός ώστε να αντέξει τις συνθήκες λειτουργίας μιας μπαταρίας.
Η εικόνα που προκύπτει είναι εντυπωσιακή: μια μπαταρία με ηλεκτρολύτη ανθεκτικό και λειτουργικό όσο χρειάζεται, αλλά ταυτόχρονα ικανό να «αυτοδιαλυθεί» στο τέλος της ζωής της, διευκολύνοντας την ανακύκλωση. Αυτό σημαίνει ότι παρακάμπτονται οι πολύπλοκες διαδικασίες εξόρυξης και επεξεργασίας που εφαρμόζονται σήμερα και αποφεύγεται η παραγωγή τοξικών αποβλήτων, όπως τα αλκαλικά υγρά υψηλού pH που είναι δύσκολο να διαχειριστούν.
Περιορισμοί και προοπτικές
Παρά τον ενθουσιασμό, η τεχνολογία βρίσκεται ακόμη σε πειραματικό στάδιο. Ο Yukio Cho, επικεφαλής της μελέτης που δημοσιεύτηκε στο Nature Chemistry, παραδέχεται ότι η απόδοση των δοκιμαστικών μπαταριών δεν είναι ακόμα συγκρίσιμη με εκείνη των εμπορικών λύσεων. Το πρόβλημα εντοπίζεται στην πολωσιμότητα, η οποία εμποδίζει την ομαλή κίνηση των ιόντων λιθίου κατά τη γρήγορη φόρτιση και εκφόρτιση.
Δεν θέλουμε να δώσουμε την εντύπωση ότι λύσαμε όλα τα προβλήματα με αυτό το υλικό. Η απόδοση των δοκιμαστικών μας μπαταριών δεν ήταν ιδανική, γιατί χρησιμοποιήσαμε αποκλειστικά τον νέο ηλεκτρολύτη. Αυτό που σκεφτόμαστε είναι να τον ενσωματώσουμε ως ένα μόνο στρώμα μέσα στο συνολικό μείγμα, ώστε να ενεργοποιεί τη διαδικασία ανακύκλωσης χωρίς να θυσιάζεται η απόδοση.
Αυτό σημαίνει ότι η τεχνολογία δεν είναι ακόμη έτοιμη για χρήση σε ηλεκτρικά οχήματα, όπου απαιτείται μέγιστη ενεργειακή αποδοτικότητα και αξιοπιστία. Ωστόσο, ανοίγει τον δρόμο για νέες συνθέσεις ηλεκτρολυτών που θα συνδυάζουν βιωσιμότητα και απόδοση.
Ο δρόμος προς βιώσιμη ανακύκλωση
Η ερευνητική κοινότητα αναζητά ήδη εναλλακτικούς τρόπους για να καταστήσει την ανακύκλωση των μπαταριών πιο βιώσιμη. Στο Rice University, για παράδειγμα, ανέπτυξαν μια μέθοδο χρήσης μικροκυμάτων για την ταχεία ανάκτηση λιθίου από απορριπτόμενες μπαταρίες. Παράλληλα, η Porsche πειραματίζεται με μια τριφασική διαδικασία: οι μπαταρίες πρώτα τεμαχίζονται, στη συνέχεια τα υλικά τους διαχωρίζονται κατά καθαρότητα και τέλος χρησιμοποιούνται ξανά για την παραγωγή νέων.
Η ιδέα του MIT εντάσσεται σε αυτή τη γενικότερη προσπάθεια, προσφέροντας μια εντελώς διαφορετική φιλοσοφία: αντί να επικεντρώνεται στο πώς θα διαλυθεί μια μπαταρία στο τέλος της ζωής της, σχεδιάζει τον ίδιο τον ηλεκτρολύτη με γνώμονα την εύκολη αποδόμηση. Αν η μέθοδος εξελιχθεί, θα μπορούσε να μειώσει δραστικά την εξάρτηση από την εξόρυξη λιθίου, περιορίζοντας τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της εξορυκτικής δραστηριότητας.
Προς ένα κυκλικό μοντέλο μπαταριών
Το όραμα των ερευνητών είναι σαφές: να περάσουμε από το σημερινό γραμμικό μοντέλο (κατασκευή, χρήση, απόρριψη) σε ένα κυκλικό μοντέλο, όπου οι μπαταρίες σχεδιάζονται εξαρχής με στόχο την ανακύκλωση. Ο νέος ηλεκτρολύτης μπορεί να μην είναι ακόμη έτοιμος για μαζική παραγωγή, ωστόσο αποτελεί απόδειξη ότι η καινοτομία μπορεί να συνδυάσει την επιστημονική πρόοδο με την περιβαλλοντική ευθύνη.
Αν το εγχείρημα αποδώσει, οι μπαταρίες του μέλλοντος δεν θα είναι απλώς αποδοτικότερες. Θα είναι και πιο «έξυπνες», αφού θα κουβαλούν ενσωματωμένο έναν μηχανισμό αυτοδιάλυσης που θα τις καθιστά φιλικές προς το περιβάλλον, μειώνοντας το ενεργειακό και οικονομικό κόστος της ανακύκλωσης.
[via]
