Een Nieuwe Benadering voor het Recyclen van Lithium-Ion Batterijen

Met de groeiende vraag naar duurzame energieoplossingen, zijn lithium-ion batterijen (LIBs) een veelbelovend alternatief geworden. Echter, hun potentieel is enigszins beperkt door veiligheids- en recyclingproblemen. Recente onderzoeken suggereren een nieuwe benadering – het gebruik van redox shuttles (RS) voor deactivering, wat de efficiëntie van het recyclen van LIBs aanzienlijk kan verhogen en daarmee hun veiligheid en duurzaamheid kan verbeteren.

De deactiveringsmethode met behulp van redox shuttles omvat het veroorzaken van interne kortsluitingen in lithium-ion batterijen. Herbruikbare redoxreacties (RS) worden hiervoor gebruikt, wat leidt tot deactivering van de batterij. Twee soorten RS, ferrocen en fenothiazine, zijn geëvalueerd op hun elektrochemische eigenschappen in LIB-elektrolytoplossingen. De resultaten tonen aan dat deze stoffen LIBs effectief kunnen deactiveren. Bovendien kunnen ze het neergeslagen lithium op het oppervlak van de negatieve elektrode verspreiden, zodat dit verzameld kan worden.

Het gebruik van RS voor de deactivering van LIBs brengt twee significante voordelen met zich mee. Ten eerste verbetert het de veiligheid van de batterij door potentiële branden of explosies als gevolg van interne kortsluitingen te voorkomen. Ten tweede verbetert het de duurzaamheid van LIBs door het faciliteren van efficiëntere recyclingprocessen. RS deactiveert niet alleen batterijen, maar verspreidt ook complexe lithiumafzettingen op het oppervlak van de negatieve elektrode, waardoor ze verzameld en hergebruikt kunnen worden.

De deactiveringsmethode is niet beperkt tot conventionele LIBs. Recente studies onderzoeken ook de mogelijkheden ervan bij het ontwerpen van biphasische hiërarchisch poreuze structuren (BCHPSs) voor zowel vaste polymeerelektrolyten als kathoden in flexibele vaste-stof lithiumdioxidebatterijen (FASSLCBs). Deze methode vergemakkelijkt massatransport in alle onderling verbonden richtingen en remt de vorming van “dood Li2CO3” af, wat resulteert in een lange levensduur voor FASSLCBs.

Het onderzoek benadrukt ook interacties tussen siliciumanodes (Si) en vaste-stof sulfide-elektrolyten in vaste-stofbatterijen. De vorming van een interfaciale laag fungeert als een vaste elektrolytinterface (SEI), wat het (de)lithiëringsproces mogelijk maakt. Dit mechanisme activeert de (de)lithiëring van siliciumanodes met behulp van sulfide-elektrolyten, wat de potentie van de redox shuttles deactiveringsmethode verder bevestigt.

Het gebruik van redox shuttles kan de degradatie van lithium-ion batterijen voorkomen en hun levensduur verbeteren. Dit is een belangrijke stap richting het vergroten van de duurzaamheid en efficiëntie van LIBs, omdat het de noodzaak voor frequente batterijvervangingen vermindert en recycling van gebruikte batterijen bevordert. Met het oog op een duurzamere energietoekomst zijn dergelijke ontwikkelingen buitengewoon veelbelovend.