संयुक्त राज्य अमेरिका में कॉर्नेल विश्वविद्यालय की एक वैज्ञानिक अनुसंधान टीम ने हाल ही में घोषणा की है कि उन्होंने एक नई इलेक्ट्रोकेमिकल स्नान उपचार प्रक्रिया विकसित की है जो बैटरी संरचना को नुकसान पहुंचाए बिना स्क्रैप किए गए लिथियम-आयन बैटरी इलेक्ट्रोड को "पुनर्जीवित" कर सकती है, उनकी क्षमता को मूल स्तर के लगभग 95% तक बहाल कर सकती है, और बैटरी रीसाइक्लिंग लागत को लगभग 56% तक कम करने की उम्मीद है। यह परिणाम "ऊर्जा और पर्यावरण विज्ञान" पत्रिका में प्रकाशित किया गया है और इसे लिथियम बैटरी की रीसाइक्लिंग को बढ़ावा देने और पर्यावरणीय बोझ को कम करने के लिए एक संभावित महत्वपूर्ण तकनीक माना जाता है।
पारंपरिक लिथियम बैटरी रीसाइक्लिंग के लिए आमतौर पर पूरी बैटरी को भौतिक रूप से कुचलने की आवश्यकता होती है, और फिर नए इलेक्ट्रोड के निर्माण में उपयोग के लिए पायरोमेटलर्जी या हाइड्रोमेटलर्जी जैसी जटिल, ऊर्जा-खपत प्रक्रियाओं के माध्यम से लिथियम, निकल, कोबाल्ट और मैंगनीज जैसी प्रमुख धातुओं को निकालने की आवश्यकता होती है। इस प्रक्रिया में, पहले बैटरी पैक को पूरी तरह से डिस्चार्ज करने की आवश्यकता होती है, संरचनात्मक भागों और प्रबंधन प्रणालियों सहित बड़ी संख्या में सहायक भागों को नष्ट किया जाना चाहिए, और फिर इलेक्ट्रोड, इलेक्ट्रोलाइट्स और विभाजक युक्त कोशिकाओं को यांत्रिक रूप से कुचल दिया जाना चाहिए। कुचलने के बाद बनने वाले मिश्रित कणों को प्लास्टिक और धातु के टुकड़ों को हटाने के लिए छंटाई के कई दौर से गुजरना पड़ता है, जिससे केवल "काला पाउडर" नामक मिश्रण बचता है, और फिर धातु को शुद्ध करने के लिए उच्च तापमान वाले गलाने या रासायनिक लीचिंग में प्रवेश किया जाता है। इस मॉडल में न केवल एक लंबी प्रक्रिया, उच्च ऊर्जा खपत और लागत है, बल्कि एक निश्चित मात्रा में वायु प्रदूषण और पानी की खपत भी होती है।
कॉर्नेल यूनिवर्सिटी टीम ने बताया कि अधिकांश इलेक्ट्रिक वाहनों और ऊर्जा भंडारण प्रणालियों में, लिथियम बैटरी की सेवानिवृत्ति का मुख्य कारण इलेक्ट्रोड बॉडी का भौतिक विनाश नहीं है, बल्कि इलेक्ट्रोड सतह पर ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस (एसईआई) परत की अत्यधिक वृद्धि है। एसईआई इलेक्ट्रोड की सतह पर प्राकृतिक रूप से बनी एक पतली फिल्म है, जो बैटरी के सामान्य संचालन के लिए आवश्यक है। हालाँकि, सैकड़ों या हजारों चार्ज और डिस्चार्ज के बाद, यह परत मोटी होती रहेगी, जिससे प्रतिबाधा बढ़ेगी और क्षमता कम होगी। बड़ी संख्या में सेवानिवृत्त बैटरियों के इलेक्ट्रोड कंकाल अभी भी बरकरार हैं और केवल एक मोटी एसईआई परत से ढके हुए हैं, जिसमें अभी भी लिथियम, निकल, कोबाल्ट, मैंगनीज, तांबा और एल्यूमीनियम जैसी प्रमुख सामग्रियां शामिल हैं।
इस घटना के जवाब में, वैज्ञानिक अनुसंधान टीम ने "डायरेक्ट इलेक्ट्रोड-टू-इलेक्ट्रोड रिजनरेशन" (संक्षेप में DEER) नामक एक नई प्रक्रिया का प्रस्ताव रखा। इस प्रक्रिया में, उपयोग की गई बैटरी को अब पूरी तरह से कुचला नहीं जाता है, बल्कि खोला जाता है और इलेक्ट्रोड को पूरी तरह से हटा दिया जाता है और वर्तमान कलेक्टर पर लगा दिया जाता है। फिर इलेक्ट्रोडों को 1,3-डाइमिथाइल-2-इमिडाज़ोलिडिनोन युक्त एक इलेक्ट्रोकेमिकल समाधान में डुबोया गया, जिससे समाधान इलेक्ट्रोड की थोक संरचना को संरक्षित करते हुए अत्यधिक मोटी एसईआई परत को चुनिंदा रूप से भंग कर सके। विघटन पूरा होने के बाद, इलेक्ट्रोड सतह पर केवल एक पतली लिथियम फ्लोराइड फिल्म बची रहती है, जो इंटरफ़ेस को स्थिर करने और एसईआई के बाद के अत्यधिक विकास को रोकने में मदद करती है। इस "स्नान पुनर्जनन" उपचार के बाद इलेक्ट्रोड को पुन: उपयोग के लिए सीधे नई बैटरियों में जोड़ा जा सकता है।
प्रायोगिक परिणाम बताते हैं कि DEER प्रक्रिया द्वारा पुनर्जीवित लिथियम बैटरियों को उनकी मूल क्षमता के लगभग 95% तक बहाल किया जा सकता है और चक्र जीवन में बेहतर स्थिरता दिखाई देती है। कॉर्नेल विश्वविद्यालय में केमिकल इंजीनियरिंग विभाग में प्रोफेसर, प्रोजेक्ट लीडर विभा कालरा ने कहा कि इस विधि में इलेक्ट्रोड को पाउडर में कुचलने और उन्हें फिर से तैयार करने की आवश्यकता नहीं होती है, बल्कि मौजूदा इलेक्ट्रोड की "इन-सीटू मरम्मत" की आवश्यकता होती है, जो बैटरी सामग्री के रीसाइक्लिंग पथ को बहुत छोटा कर देती है। टीम ने अमेरिकी ऊर्जा विभाग के आर्गन नेशनल लेबोरेटरी के रीसेल सेंटर के साथ साझेदारी में विकसित ओपन सोर्स सॉफ्टवेयर का उपयोग करके प्रक्रिया का तकनीकी-आर्थिक और पर्यावरणीय प्रभाव मूल्यांकन किया। विश्लेषण के नतीजे बताते हैं कि पारंपरिक रीसाइक्लिंग मार्गों की तुलना में, डीईईआर रीसाइक्लिंग बैटरियों की विनिर्माण लागत को लगभग 56% तक कम कर सकता है, हानिकारक वायु प्रदूषक उत्सर्जन और प्रक्रिया जल की खपत को कम कर सकता है, और नए इलेक्ट्रोड उत्पादन की विनिर्माण लागत को कम कर सकता है।
शोधकर्ताओं ने आगे कई पुनर्जनन की व्यवहार्यता का परीक्षण किया: एक "दूसरी जीवन" बैटरी पर जिसे डीईईआर द्वारा पुनर्जीवित होने के बाद फिर से सेवा में रखा गया था और क्षमता में कमी देखी गई थी, टीम ने पुनर्जनन के लिए बार-बार उसी प्रक्रिया का उपयोग किया। परिणाम बताते हैं कि "तीसरी जीवन" बैटरी दूसरे पुनर्जनन के बाद भी अपनी मूल क्षमता का लगभग 90% बनाए रख सकती है, जो दर्शाता है कि इस इलेक्ट्रोकेमिकल स्नान विधि में बहु-चक्र मरम्मत की क्षमता है। वर्तमान प्रयोग मुख्य रूप से एसईआई परत की वृद्धि के कारण होने वाले प्रदर्शन में गिरावट पर केंद्रित हैं, और अनुसंधान का अगला चरण अन्य प्रकार की बैटरी उम्र बढ़ने वाले तंत्र जैसे लिथियम हानि तक बढ़ाया जाएगा।
कालरा ने कहा कि वर्तमान में परीक्षणों में प्रवेश करने वाली प्रयुक्त बैटरियों की स्वास्थ्य स्थिति लगभग 70% से 80% है, जो इलेक्ट्रिक वाहन अनुप्रयोग परिदृश्यों में सेवानिवृत्त बैटरियों की स्थिति के बराबर है। यदि भविष्य में और अधिक क्षरण तंत्रों की मरम्मत की जा सकती है, तो इस तकनीक से नवीकरणीय बैटरियों की स्वास्थ्य स्थितियों की सीमा का और विस्तार होने की उम्मीद है। टीम ने बड़े पैमाने पर ऊर्जा बुनियादी ढांचे में इस पुनर्जनन प्रक्रिया को बढ़ावा देने की उम्मीद करते हुए, औद्योगिक-ग्रेड बैटरी और अन्य बड़े पैमाने पर लिथियम-आयन ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के लिए अपने अनुप्रयोग लक्ष्यों का विस्तार किया है। कॉर्नेल यूनिवर्सिटी का मानना है कि इलेक्ट्रोकेमिकल बाथ पुनर्जनन तकनीक लिथियम बैटरी सर्कुलर अर्थव्यवस्था में एक महत्वपूर्ण कड़ी बनने की उम्मीद है, जो रीसाइक्लिंग प्रणाली से पर्यावरण पर दबाव को कम करते हुए संसाधन उपयोग दक्षता में सुधार करेगी।