I. Pentingnya dan Tantangan Baterai Lithium Iron Phosphate
Baterai lithium iron phosphate banyak digunakan di berbagai bidang karena karakteristiknya yang aman, umur panjang, dan ramah lingkungan. Namun, seiring waktu penggunaan, kinerja baterai menurun akibat degradasi material katoda. Oleh karena itu, pemulihan material katoda menjadi kunci untuk memperpanjang umur baterai.
II. Penyebab Degradasi Material Katoda
Penyebab utama adalah hilangnya lithium aktif, yang menyebabkan penurunan kinerja. Interkalasi dan deinterkalasi ion lithium yang berulang menyebabkan kehilangan, bersama dengan migrasi besi ke dalam kekosongan lithium. Defek kekosongan lithium menyebabkan Fe²⁺ teroksidasi menjadi Fe³⁺, membentuk defek antisite yang menghambat difusi ion lithium. Ketika material katoda gagal, defek dan retakan terbentuk di permukaan, melemahkan kinerja elektrokimia.
III. Teknologi Pemulihan untuk Baterai Lithium Iron Phosphate
Untuk memperpanjang umur baterai lithium iron phosphate, para ilmuwan telah mengembangkan berbagai teknologi pemulihan untuk memulihkan kinerja material katoda. Teknologi ini terutama dilakukan dengan menambah lithium aktif, dengan metode umum termasuk sintering fase padat, hidrotermal, dan teknik elektrokimia.
1. Metode Hidrotermal
Metode hidrotermal melibatkan pengolahan limbah baterai lithium dalam reaktor bertekanan tinggi, menggunakan sumber lithium dan agen pereduksi untuk menggantikan lithium yang hilang. Metode ini beroperasi pada suhu rendah, menghindari kerusakan struktural sambil memastikan konsistensi dalam pengisian lithium. Metode ini menunjukkan efisiensi tinggi dan ramah lingkungan, tetapi aplikasi industri masih menghadapi tantangan karena persyaratan peralatan dan operasional yang tinggi.
2. Teknologi Pemulihan Fase Cair
Metode pemulihan fase cair meregenerasi material katoda lithium iron phosphate dalam lingkungan cair melalui aksi larutan sumber lithium. Ion lithium dalam larutan mengisi kekosongan lithium dalam material, memulihkan aktivitas elektrokimia. Operasi suhu rendah mengurangi konsumsi energi dan meminimalkan kerusakan struktural akibat suhu tinggi. Pemilihan sumber lithium dan elektrolit sangat penting untuk efek pemulihan, dan aditif yang sesuai dapat mengoptimalkan kinerja. Namun, metode ini menghadapi tantangan seperti pemilihan sumber lithium, kontrol kondisi reaksi, dan pemisahan material.
3. Metode Pemulihan Elektrokimia
Metode pemulihan elektrokimia merevitalisasi material katoda lithium iron phosphate yang telah menua melalui operasi elektrokimia, memulihkan kinerjanya. Dalam proses ini, material dirakit ulang menjadi baterai, dan relitiasi dicapai melalui siklus pengisian-pengosongan. Namun, metode ini memerlukan peralatan khusus, melibatkan operasi yang kompleks, dan belum cocok untuk aplikasi skala besar.
4. Metode Pemulihan Fase Padat Suhu Tinggi
Metode sintering fase padat meregenerasi material katoda lithium iron phosphate yang telah menua melalui kalsinasi suhu tinggi. Pertama, material limbah diolah pada suhu tinggi dalam lingkungan gas inert untuk menghilangkan kotoran dan membangun kembali struktur kristal. Selanjutnya, kekosongan lithium dalam material diisi melalui difusi suhu tinggi dari sumber lithium, memulihkan aktivitas elektrokimia. Selain itu, metode ini dapat meningkatkan stabilitas struktural dan kinerja melalui doping elemen (misalnya, V⁵⁺, Ti⁴⁺, Ni²⁺), sementara teknik pelapisan permukaan lebih lanjut meningkatkan konduktivitas. Namun, konsumsi energi dari perlakuan suhu tinggi dan penambahan bahan kimia lithium yang presisi membatasi penerapannya secara luas.
5. Metode Eutektik
Metode eutektik memanfaatkan karakteristik garam eutektik untuk mencapai pengisian lithium dan pemulihan material pada suhu rendah. Dengan mengombinasikan berbagai garam eutektik dan mengoptimalkan proses kalsinasi, kinerja elektrokimia lithium iron phosphate diregenerasi. Metode ini mengurangi suhu pemulihan dan konsumsi energi, bebas polusi, menyederhanakan prosedur pemrosesan, dan menunjukkan potensi besar.
Tim Penelitian Energi Baru SMM
Cong Wang 021-51666838
Lingying Zhang 021-51666775
Xiaodan Yu 021-20707870
Rui Ma 021-51595780
Ying Xu 021-51666707
Disheng Feng 021-51666714
Yujun Liu 021-20707895
Yanlin Lü 021-20707875
Xianjue Sun 021-51666757
Chensi Lin 021-51666836
Zhicheng Zhou 021-51666711
He Zhang 021-20707850
