Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего предложили способ переработки LFP-аккумуляторов, который не возвращает батареи «как было», а повышает их класс. Вместо обычного извлечения сырья и сборки заново исследователи превращают старые литий-железо-фосфатные катоды в литий-марганец-железо-фосфатные, то есть LMFP. Такой материал хранит больше энергии, но сохраняет сильные стороны LFP: безопасность, долгий срок службы и сравнительно низкую цену.
Обычно переработка аккумуляторов выглядит довольно грубо: батарею разбирают до химических компонентов, а потом из этого сырья заново делают катодные материалы. Команда из Сан-Диего предлагает другой путь. Исходный катод почти не трогают, а просто химически «достраивают» — добавляют литий, марганец и фосфаты.
Самой сложной частью оказалось равномерно встроить марганец в структуру материала. Для этого исследователи сначала получают промежуточное соединение LMP, а потом переводят его в однородный LMFP-катод. Частицы дополнительно покрывают тонким слоем углерода — он улучшает проводимость и помогает материалу переживать много циклов зарядки и разрядки.
Авторы работы считают, что так можно обойтись без плавки и агрессивной гидрометаллургии, а это заметно снижает энергозатраты и объем отходов. Для LFP это особенно актуально: в отличие от никель-кобальтовых батарей, такие элементы сделаны из сравнительно дешевых материалов, и переработка у них часто плохо сходится по экономике. Поэтому отрасль уже давно ищет способ подешевле повторно использовать LFP-катоды, которые массово ставят в электромобили Tesla, BYD и другие модели нижнего и среднего ценового сегмента.
Интерес к LMFP в последние годы растет и у производителей новых батарей. Компании вроде CATL и Gotion продвигают эту химию как промежуточный вариант между LFP и более дорогими никельсодержащими катодами: обычно она дает прибавку к энергоемкости примерно на 10-20% относительно LFP, но не требует кобальта и никеля. Если технология переработки из Сан-Диего выйдет за пределы лаборатории, у производителей появится редкий бонус: старые батареи можно будет не просто утилизировать, а превращать в материал для следующего поколения доступных электромобилей.
Технологию уже проверили на аккумуляторах разных производителей. Полученный материал показал более высокую энергоемкость по сравнению с исходными LFP-катодами и сработал не только в лабораторных ячейках, но и в элементах формата, близкого к батареям для электромобилей. Дальше все упирается в масштабирование и себестоимость — именно они решат, доедет ли эта схема до заводов.