Ny studie: Gammalt batteri blir bättre efter återvinning

2020-05-30 07:00  

Forskare vid Stockholms universitet hoppas att fler nickelmetallhydridbatterier ska återvinnas tack vare en ny och enklare metod. Deras resultat visar att battericellen blir bättre med återvunnet material.

Nickelmetallhydridbatterier är laddbara och anses både miljövänliga och säkra, bland annat på grund av att elektrolyten består av vatten. Mest känd är batteritypen sannolikt för att finnas i en del av Toyotas Prius-bilar. Men den är också vanlig i eldrivna konsumentprodukter som till exempel eltandborstar.

Namnet har batteritypen fått av metallegeringen som lagrar väte, och kallas metallhydrid, i den ena elektroden. Den andra elektroden består av nickelhydroxid. Energibärare är väte bundet i vattenmolekyler som vandrar mellan elektroderna.

När batteriet används korroderar metallegeringen långsamt och elektrolyten förbrukas. Till slut torkar den ut och battericellen slutar fungera.

Nya metoden både enklare och billigare

Material från uttjänta batterier återvinns till viss del, antingen genom smältning eller urlakning med olika vätskor.

Men trots att många nickelmetallhydridbatterier samlas in saknas det än så länge industriell återvinning av alla kritiska material i batterierna, konstaterade en finsk forskargrupp nyligen. I många fall går värdefulla metaller förlorade i slaggen.

Samtidigt behövs en hel del material för att tillverka nya nickelmetallhydridbatterier. Globalt sett används ungefär 40 000 ton metallhydridlegering varje år till nya batterier.

Nu har forskare vid Stockholms universitet utvecklat en ny metod för att återvinna metallhydridelektroden från gamla uttjänta batterier. Den ser ut bli både billigare och enklare än dagens återvinningsmetoder.

Bättre prestanda i nästa batteriliv

Dessutom får materialet bättre egenskaper efter återvinningen. Den återvunna elektroden klarar ungefär 30 procents högre strömstyrka och kan därför laddas upp och ur snabbare än tidigare.

– Det handlar alltså om en signifikant förbättring av användbarheten av laddningsbara hydridbatterier, säger Dag Noréus, professor i strukturkemi vid Stockholms universitet.

Det kan tyckas märkligt att materialet genom återvinning kan bli en bättre version i sitt nästa batteriliv. Men det beror på att behandlingen dels får bort korrosionspartiklar och dels skapar mer finkorniga partiklar än vid vanlig tillverkning av nickelmetallhydridbatterier. Elektrolyten får därigenom enkelt kontakt med många partiklar i elektroden så att laddningen snabbt kan transporteras vidare.

Läs mer: Svensk söker miljarder för brittisk gigafabrik

Rent konkret innebär den nya återvinningsmetoden att det uttjänta batteriet plockas isär och elektrodmaterialet placeras i en kulkvarn tillsammans med vatten. Där skrubbar små kulor bort korrosionsprodukter.

– Korrosionspartiklarna bildar små nålar på elektroden men i kulkvarnen lossnade de. Och eftersom de är lätta flyter de ovanpå och är enkla att hälla bort, berättar Dag Noréus.

Kvar blir ungefär 95 procent av elektrodmaterialet. Och det materialet har redan en aktiv yta, vilket innebär att materialet kan användas direkt i en ny battericell. Därmed sparar man in de cirka tre eller fyra dagar som krävs i formeringsprocessen när ett nytt batteri tillverkas.

Materialet stabilare än forskarna trott

Under den perioden laddas den nya cellen upp och ur upprepade gånger för att elektrodens ytpartiklar ska reagera med elektrolyten och bilda ett lager som skyddar elektroden från att brytas ned. Men med Stockholmsforskarnas metod har det återvunna elektrodmaterialet kvar sin skyddande yta med små nickelkluster.

Bakom metoden ligger forskarnas upptäckt att materialet i elektroderna är betydligt mer stabilt än de tidigare har trott. Det kom de fram till när de tillsatte syrgas till befintliga battericeller för att förlänga livslängden.

– Egentligen tycker man att elektrodmaterialet borde antändas av syrgasen, konstaterar Dag Noréus.

Nu hoppas han att någon industriell aktör ska plocka upp metoden och använda den i större skala.

Läs mer: Northvolt och Vattenfall lanserar mobilt batterisystem

Forskningsprojektet har utförts i samarbete med batteritillverkaren Nilar och resultaten har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Molecules.

Nu håller forskarna på att undersöka om samma typ av återvinning även kan användas för nickelelektroden.

– Vi har börjat och det verkar gå att göra samma sak, men vi är inte säkra än på hur pass bra det blir, säger Dag Noréus.

Linda Nohrstedt

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt