นักวิทยาศาสตร์ค้นพบวิธีชุบชีวิตแบตเตอรี่ EV เสื่อม กู้ความจุกลับคืนได้สูงสุด 95%

นักวิจัยจาก Cornell พัฒนาวิธี DEER ฟื้นฟูขั้วไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ EV ที่เสื่อมสภาพ โดยกำจัดชั้น SEI ที่สะสมจนขัดขวางการทำงาน แทนการบดแบตเตอรี่เพื่อสกัดโลหะแบบรีไซเคิลทั่วไป

แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าที่เสื่อมสภาพอาจไม่จำเป็นต้องถูกบดทิ้งเพื่อแยกโลหะอีกต่อไป นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Cornell พัฒนากระบวนการใหม่ชื่อ Direct Electrode-to-Electrode Regeneration หรือ DEER ที่มุ่งฟื้นฟูขั้วไฟฟ้าของแบตเตอรี่เก่า เพื่อนำกลับมาใช้งานใหม่ได้โดยไม่ต้องย่อยสลายจนกลับไปเป็นวัตถุดิบตั้งต้น

ล้างคราบที่ทำให้แบตเตอรี่เสื่อม

หัวใจของวิธี DEER คือการจัดการกับ Solid Electrolyte Interphase หรือ SEI ซึ่งเป็นชั้นสารที่ก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวขั้วไฟฟ้าระหว่างการชาร์จและคายประจุ

SEI บางส่วนมีความจำเป็นต่อการทำงานของแบตเตอรี่ แต่เมื่อใช้งานไปนานๆ และมีการสะสมมากเกินไป จะขัดขวางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและทำให้ความจุแบตเตอรี่ลดลง

นักวิจัยจึงนำขั้วไฟฟ้าจากเซลล์แบตเตอรี่ที่ผ่านการใช้งานแล้วไปแช่ในสารละลายที่มี 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone หรือ DMI เพื่อกำจัดชั้น SEI ส่วนเกินออก โดยไม่ทำลายตัวขั้วไฟฟ้า จากนั้นสามารถนำขั้วไฟฟ้าที่ผ่านการฟื้นฟูกลับไปประกอบเป็นเซลล์แบตเตอรี่ใหม่ได้

กู้ความจุกลับมาได้สูงสุด 95%

ผลการทดลองพบว่าแบตเตอรี่ที่ผ่านกระบวนการ DEER สามารถ กู้คืนความจุเดิมได้สูงสุดถึง 95% และมีอัตราการเสื่อมสภาพช้าลง แบตเตอรี่ที่ไม่ได้รับการบำบัดสูญเสียความจุประมาณ 0.072% ต่อรอบการชาร์จ ขณะที่แบตเตอรี่ที่ผ่าน DEER สูญเสียเพียง 0.042% ต่อรอบ และอัตราการเสื่อมสภาพที่ลดลงนี้คงอยู่ประมาณ 800 รอบ ก่อนจะเริ่มเพิ่มขึ้น

ที่น่าสนใจคือ เมื่อนำแบตเตอรี่ที่ผ่านการฟื้นฟูแล้วมาบำบัดซ้ำอีกครั้ง ยังสามารถกู้คืนความจุได้ประมาณ 90% ของความจุเดิม สะท้อนว่าขั้วไฟฟ้าอาจสามารถนำกลับมาฟื้นฟูได้มากกว่าหนึ่งครั้ง ขึ้นอยู่กับสภาพของแบตเตอรี่

ต่างจากรีไซเคิลแบตเตอรี่แบบเดิม

ปัจจุบันกระบวนการรีไซเคิลเชิงพาณิชย์จำนวนมากจะบดแบตเตอรี่เก่าให้กลายเป็นวัสดุที่เรียกว่า Black Mass ก่อนใช้ความร้อนหรือสารเคมีเพื่อสกัดลิเธียม โคบอลต์ นิกเกิล แมงกานีส และโลหะอื่นๆ กลับมาใช้ใหม่

ข้อแตกต่างของ DEER คือไม่ได้มองแบตเตอรี่เก่าเป็นเพียงแหล่งรวมโลหะ แต่พยายาม รักษาชิ้นส่วนที่ยังใช้งานได้และฟื้นฟูกลับมาใช้ใหม่ แนวทางนี้จึงอาจเหมาะกับแบตเตอรี่ EV ที่ถูกถอดออกจากรถเมื่อความจุลดลงเหลือประมาณ 70–80% ของความจุเดิม แม้จะไม่เหมาะกับการใช้งานในรถอีกต่อไป แต่ขั้วไฟฟ้าจำนวนมากอาจยังมีสภาพดีพอที่จะนำกลับมาใช้งานได้

ยังมีข้อจำกัดที่ต้องแก้

DEER ยังไม่ได้เหมาะกับแบตเตอรี่เสื่อมสภาพทุกกรณี โดยจะได้ผลดีที่สุดเมื่อสาเหตุหลักมาจากการสะสมของ SEI ส่วนแบตเตอรี่ที่มีปัญหาจากการสูญเสียลิเธียม อนุภาคแตกร้าว ความเสียหายของโครงสร้าง หรือความเสียหายทางกลไก อาจยังต้องใช้กระบวนการรีไซเคิลแบบเดิม

อีกข้อจำกัดคือ ยังต้องถอดขั้วไฟฟ้าออกจากเซลล์ก่อน แล้วจึงนำไปผ่านกระบวนการฟื้นฟูและทำความสะอาด นักวิจัยเคยทดลองฉีด DMI เข้าไปในเซลล์โดยตรง แต่ผลลัพธ์ยังไม่ดีพอ

ทาง Cornell ประเมินว่า DEER อาจมีต้นทุนประมาณ 15.25 เหรียญต่อกิโลกรัม เทียบกับ 26.31 เหรียญต่อกิโลกรัมสำหรับกระบวนการรีไซเคิลแบบไพโรเมทัลลูร์จีหรือไฮโดรเมทัลลูร์จี อย่างไรก็ตาม ตัวเลขนี้ยังต้องพิจารณาต้นทุนการกู้คืนและนำ DMI กลับมาใช้ใหม่ด้วย

หากสามารถพัฒนาจากระดับห้องทดลองไปสู่การใช้งานจริงได้ DEER อาจเปลี่ยนแนวคิดการรีไซเคิลแบตเตอรี่ จากเดิมที่ “ย่อยเพื่อเอาโลหะกลับมา” ไปสู่การ “ซ่อมชิ้นส่วนที่ยังดี แล้วนำกลับมาใช้ใหม่” ซึ่งอาจช่วยลดทั้งการใช้พลังงาน ต้นทุน และการสูญเสียวัสดุในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ EV ที่กำลังเติบโตอย่างรวดเร็ว

ที่มา techspot