கத்தோட் ஆக்டிவ் மெட்டீரியல் என்றால் என்ன?

கத்தோட் செயலில் உள்ள பொருள் நேர்மறை மின்முனையில் பயன்படுத்தப்படும் தூள் கலவை ஆகும்லித்தியம் அயன் பேட்டரிகள்சார்ஜ் மற்றும் வெளியேற்ற சுழற்சிகளின் போது லித்தியம் அயனிகளை சேமித்து வெளியிடுகிறது. இந்த பொருட்கள், பொதுவாக நிக்கல், மாங்கனீஸ் மற்றும் கோபால்ட் போன்ற மாறுதல் உலோகங்களுடன் இணைந்து லித்தியம் கொண்ட உலோக ஆக்சைடுகள் பேட்டரியின் ஆற்றல் அடர்த்தி, சுழற்சி ஆயுள் மற்றும் பாதுகாப்பு பண்புகளை தீர்மானிக்கிறது.

LIB கலத்தின் மொத்த செலவில் 30-40% காத்தோட் ஆகும், மேலும் இது மிகவும் விலையுயர்ந்த ஒற்றைக் கூறுகளைக் குறிக்கிறது. பேட்டரி செயல்பாட்டின் போது, லித்தியம் அயனிகள் கேத்தோடு மற்றும் அனோட் அடுக்குகளுக்கு இடையே இடம்பெயர்கின்றன - மின்னோட்டத்தை உருவாக்க மின்னோட்டத்தின் போது கேத்தோடிற்கு நகரும், பின்னர் சார்ஜ் செய்யும் போது நேர்மின்முனைக்கு திரும்பும்.

கத்தோட் செயலில் உள்ள பொருட்கள் லித்தியம் மற்றும் ட்ரான்சிஷன் மெட்டல் ஆக்சைடுகளுடன் இணைந்து மீளக்கூடிய லித்தியம்-அயன் இடைச்சேர்க்கையை அனுமதிக்கும் படிக அமைப்புகளில் உள்ளது. சந்தையில் ஆதிக்கம் செலுத்தும் ஐந்து முதன்மை கேத்தோடு இரசாயனங்கள் ஒவ்வொன்றும் தனித்துவமான செயல்திறன் சுயவிவரங்களை வழங்குகின்றன.

லித்தியம் நிக்கல் மாங்கனீஸ் கோபால்ட் ஆக்சைடு (NMC) மூன்று உலோகங்களை வெவ்வேறு விகிதங்களில் கொண்டுள்ளது நிக்கல் அதிக ஆற்றல் அடர்த்தியை வழங்குகிறது, மாங்கனீசு கட்டமைப்பு நிலைத்தன்மையை வழங்குகிறது மற்றும் கோபால்ட் கடத்துத்திறனை அதிகரிக்கிறது மற்றும் சுழற்சி ஆயுளை நீட்டிக்கிறது. NMC 811 ஆனது 180-200 mAh/g திறனை வழங்குகிறது, ஆற்றல் அடர்த்தி 260 Wh/kg அடையும், இது நீண்ட தூர மின்சார வாகனங்களுக்கு விருப்பமான தேர்வாக அமைகிறது.

லித்தியம் இரும்பு பாஸ்பேட் (LFP) அரிதான கோபால்ட் மற்றும் நிக்கலுக்குப் பதிலாக ஏராளமான இரும்பு மற்றும் பாஸ்பேட்டைப் பயன்படுத்துகிறது. LiFePO₄ சூத்திரத்துடன், இந்த வேதியியல் குறைந்த மின்னழுத்தத்தில் (3.2V பெயரளவு) செயல்படுகிறது, ஆனால் வெப்ப நிலைத்தன்மை மற்றும் பாதுகாப்பில் சிறந்து விளங்குகிறது. LFP பேட்டரிகள் 2,000 சார்ஜ் சுழற்சிகளைத் தாங்கும் மற்றும் வெப்ப ரன்அவேயின் போது ஆக்ஸிஜனை வெளியிடுவதில்லை, இது தீ அபாயத்தைக் கணிசமாகக் குறைக்கிறது. 2023 இல், LFP ஆனது சீன EVகள் மற்றும் ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகளில் பயன்படுத்தியதன் மூலம் உலகளாவிய கேத்தோடு சந்தையில் 40% ஐ கைப்பற்றியது.

லித்தியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு (LCO) என்பது 1991 இல் சோனியால் வணிகமயமாக்கப்பட்ட அசல் லித்தியம்-அயன் கேத்தோடு பொருள் ஆகும். கேத்தோடு வகைகளில் அதிக ஆற்றல் அடர்த்தியை வழங்கும் அதே வேளையில், அதிக மின்சுமை நிலைகள் மற்றும் வரையறுக்கப்பட்ட சுழற்சி ஆயுளில் மோசமான வெப்ப நிலைத்தன்மையால் LCO பாதிக்கப்படுகிறது. அதன் பயன்பாடு பெரும்பாலும் ஸ்மார்ட்போன்கள் மற்றும் மடிக்கணினிகள் போன்ற நுகர்வோர் மின்னணு சாதனங்களுக்கு மாறியுள்ளது, அங்கு இடக் கட்டுப்பாடுகள் செலவைக் காட்டிலும் அதிகமாகும்.

லித்தியம் நிக்கல் கோபால்ட் அலுமினியம் ஆக்சைடு (NCA) பொதுவாக 80% நிக்கல், 15% கோபால்ட் மற்றும் 5% அலுமினியம் ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளது. டெஸ்லா மின்சார வாகனங்களில் NCA தத்தெடுப்புக்கு முன்னோடியாக இருந்தது, அதன் உயர் ஆற்றல் அடர்த்தியை NMC போன்றது ஆனால் தூய நிக்கல் வேதியியலை விட சிறந்த வெப்ப நிலைத்தன்மையுடன் மேம்படுத்தியது. இருப்பினும், NCA ஆனது அதிக சார்ஜ் நிலைகளில் துரிதப்படுத்தப்பட்ட சிதைவைக் காட்டுகிறது, கவனமாக பேட்டரி மேலாண்மை அமைப்புகள் தேவைப்படுகின்றன.

லித்தியம் மாங்கனீசு ஆக்சைடு (LMO) முப்பரிமாண ஸ்பைனல் கட்டமைப்பை உருவாக்குகிறது, இது அதிக சக்தி வெளியீடு மற்றும் சிறந்த பாதுகாப்பை செயல்படுத்துகிறது. நிக்கல் அடிப்படையிலான கத்தோட்களைக் காட்டிலும் குறைந்த ஆற்றல் அடர்த்தி இருந்தாலும், LMO இன் வெப்ப நிலைத்தன்மையும் குறைந்த விலையும் அதிக வெளியேற்ற விகிதங்கள் தேவைப்படும் மின் கருவிகள் மற்றும் மருத்துவ சாதனங்களுக்கு ஏற்றதாக அமைகிறது.

cathode active material

கேத்தோடு செயலில் உள்ள பொருள் உற்பத்தியானது பல-நிலை உயர்-வெப்பநிலை திட-நிலை எதிர்வினை செயல்முறையை உள்ளடக்கியது, கலவை, துகள் அளவு மற்றும் படிக அமைப்பு ஆகியவற்றின் மீது துல்லியமான கட்டுப்பாடு தேவைப்படுகிறது.

செயல்முறை முன்னோடி கேத்தோடு செயலில் உள்ள பொருள் (pCAM) தொகுப்புடன் தொடங்குகிறது. என்எம்சி கேத்தோட்களுக்கு, நிக்கல், மாங்கனீசு மற்றும் கோபால்ட் உலோக சல்பேட்டுகள் கரைசலில் கரைந்து, கலக்கப்பட்ட உலைகளில் கலப்பு உலோக ஹைட்ராக்சைடுகளாக இணை{1}}வீழ்நிலைப்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த படிகமயமாக்கலின் போது pH கட்டுப்பாடு மிகவும் முக்கியமானது-வெறும் 0.1 pH இன் மாற்றம் துகள் உருவவியல் மற்றும் அளவு விநியோகத்தை வியத்தகு முறையில் மாற்றும். பிசிஏஎம் பொடியை உருவாக்க ஹைட்ராக்சைடு படிவு வடிகட்டி, கழுவி, உலர்த்தப்படுகிறது.

இந்த முன்னோடியானது துல்லியமான விகிதங்களில் லித்தியம் ஹைட்ராக்சைடு அல்லது லித்தியம் கார்பனேட்டுடன் கலக்கப்பட்டு, 700-900 டிகிரி ஆக்ஸிஜன்-செறிவூட்டப்பட்ட வளிமண்டலத்தில் 12{5}}24 மணிநேரங்களுக்கு சூடேற்றப்படுகிறது. இந்த கால்சினேஷன் படி அசுத்தங்களை வெளியேற்றுகிறது மற்றும் லித்தியம்-அயன் இடைக்கணிப்புக்கு தேவையான அடுக்கு அமைப்புடன் ஒத்திசைவான உலோக-ஆக்சைடு படிகங்களை உருவாக்குகிறது. சிண்டரிங் வெப்பநிலை, வளிமண்டல கலவை மற்றும் வெப்பமூட்டும் காலம் ஆகியவை இறுதிப் பொருளின் மின்வேதியியல் பண்புகள் மற்றும் வெப்ப நிலைத்தன்மையை தீர்மானிக்கிறது.

சின்டரிங் செய்த பிறகு, கேத்தோடு பொருள் நசுக்குதல் மற்றும் வகைப்படுத்தலுக்கு உட்பட்டு இலக்கு துகள் அளவு பரவலை அடையும்-பொதுவாக 5-20 மைக்ரோமீட்டர்கள். உற்பத்தியாளர்கள் கேத்தோடு மின்னோட்ட சேகரிப்பான்களில் பூசப்பட்ட செயலில் உள்ள பொருட்களின் அடர்த்தியை அதிகரிக்க வெவ்வேறு துகள் அளவுகளை உற்பத்தி செய்கின்றனர். கடத்துத்திறன் மற்றும் சுழற்சி ஆயுளை மேம்படுத்த சில சூத்திரங்கள் கூடுதல் மேற்பரப்பு பூச்சுகள் அல்லது டோபண்டுகளைப் பெறுகின்றன.

சமீபத்திய கண்டுபிடிப்புகள் இந்த பாரம்பரிய சிக்கலான செயல்முறையை எளிதாக்கியுள்ளன. NOVONIX ஆனது அனைத்து-உலர்ந்த, பூஜ்ஜிய{2}}கழிவு தொகுப்பு முறையை உருவாக்கியது, இது முன்னோடி படியை முழுவதுமாக நீக்குகிறது, மூல உலோக ஊட்டங்களை நேரடியாக முடிக்கப்பட்ட NMC கேத்தோட்களாக மாற்றுகிறது. இந்த காப்புரிமை பெற்ற செயல்முறையானது மூலதனச் செலவுகளை கிட்டத்தட்ட 30% மற்றும் செயலாக்கச் செலவுகள் தோராயமாக 50% குறைக்கிறது, அதே நேரத்தில் வழக்கமான முறைகளை விட 27% குறைவான சக்தியைப் பயன்படுத்துகிறது.

இறுதிப் படி, செயலில் உள்ள பொருள் பொடியை கடத்தும் சேர்க்கைகள் (பொதுவாக கார்பன் கருப்பு), பைண்டர்கள் (பொதுவாக பாலிவினைலைடின் ஃவுளூரைடு அல்லது PVDF) மற்றும் கரைப்பான்கள் (N-மெத்தில்-2-பைரோலிடோன் அல்லது NMP) ஆகியவற்றுடன் கலப்பதன் மூலம் கேத்தோடு குழம்பு உருவாக்கப்படுகிறது. இந்தக் குழம்பு அலுமினியத் தகடு மின்னோட்ட சேகரிப்பான்களில் பூசப்பட்டு, கரைப்பான்களை அகற்ற அடுப்புகளில் உலர்த்தப்பட்டு, சீரான தடிமன் அடைய உருளைகள் மூலம் காலண்டர் செய்யப்படுகிறது-பொதுவாக 15 mg/cm² செயலில் உள்ள பொருள் கொண்ட 70 மைக்ரோமீட்டர்கள்.

கத்தோட் பொருட்கள் பேட்டரி உற்பத்தியில் ஒற்றை பெரிய செலவு இயக்கி பிரதிநிதித்துவம். 2024 ஆம் ஆண்டில், NMC 811 கேத்தோடு செயலில் உள்ள பொருளின் விலை ஒரு கிலோவாட்{4}}மணி நேரத்திற்கு $109 ஆகும், மொத்த செல் மெட்டீரியல் செலவில் 53% மற்றும் முழுமையான பேட்டரி பேக் செலவில் 30% ஆகும். LFP கேத்தோட்களின் விலை 2023 இல் $21.90/kWh இல் கணிசமாகக் குறைவாக உள்ளது, லித்தியம் கார்பனேட் அந்த எண்ணிக்கையில் 90% ஐ $19.60/kWh ஆகக் குறிக்கிறது.

கேத்தோடு பொருட்கள் சந்தை 2024 இல் $55 பில்லியனை எட்டியது, ஆண்டுத் தேவை 2,800 கிலோடன்களை தாண்டியது. சந்தை கணிப்புகள் 2024 இல் $19.5 பில்லியனில் இருந்து 2034 இல் $52.4 பில்லியனாக வளர்ச்சியை மதிப்பிடுகின்றன, இது கூட்டு ஆண்டு வளர்ச்சி விகிதம் 10.7% ஆகும். இந்த விரிவாக்கம் முதன்மையாக மின்சார வாகன பேட்டரி தேவையால் இயக்கப்படுகிறது, இது 2023 இல் உலகளவில் விற்கப்பட்ட 14 மில்லியன் யூனிட்களைத் தாண்டியது.

உலக உற்பத்தித் திறனில் 60%க்கும் மேலான கத்தோட் உற்பத்தியில் சீனா ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது, அதைத் தொடர்ந்து தென் கொரியா மற்றும் ஜப்பான் இணைந்து 25% பங்கைக் கொண்டுள்ளன. இருப்பினும், ஐரோப்பா மற்றும் வட அமெரிக்காவில் குறிப்பிடத்தக்க திறன் விரிவாக்கம் நடந்து வருகிறது. ஜெர்மனியில் BASF இன் Schwarzheide ஆலையானது 2023 ஆம் ஆண்டில் -அதிக{5}}நிக்கல் கத்தோட் பொருட்களின் வணிகரீதியான உற்பத்தியைத் தொடங்கியது, 2025 ஆம் ஆண்டளவில் ஆண்டுதோறும் 100 கிலோ டன்களை இலக்காகக் கொண்டது. அமெரிக்காவில், LG Chem மற்றும் General Motors' Ultium CAM கூட்டு முயற்சியில் 30-கிலோவில் டபுள் 2020 வசதியுடன் டபுள் 2020 வசதியுடன் தொடங்கப்பட்டது. 2025-க்குள் 60 கிலோ டன் திறன்.

மூலப்பொருட்களின் விலைகள் கத்தோட் செலவை கணிசமாக பாதிக்கின்றன. லித்தியம் கார்பனேட் விலை வியத்தகு அளவில் ஏற்ற இறக்கமாக உள்ளது-2023-2024 இல் புதிய சப்ளை ஆன்லைனில் வந்ததால் குறைவதற்கு முன்பு 2022 இல் சாதனை உச்சத்தை எட்டியது. கோபால்ட் மற்றும் நிக்கல் விலைகளும் அதிக ஏற்ற இறக்கத்தைக் காட்டுகின்றன, விநியோகச் சங்கிலித் தடங்கல்கள் மற்றும் புவிசார் அரசியல் காரணிகளால் இயக்கப்படுகிறது. காங்கோ ஜனநாயகக் குடியரசு உலகளாவிய கோபால்ட்டின் 70% ஐ வழங்குகிறது, அதே நேரத்தில் இந்தோனேசியா ஒரு பெரிய நிக்கல் உற்பத்தியாளராக உருவெடுத்துள்ளது.

இந்த விலை ஏற்ற இறக்கம் மற்றும் விநியோக செறிவு இரண்டு முக்கிய போக்குகளை துரிதப்படுத்தியுள்ளது: குறைந்த-செலவு LFP வேதியியல் மற்றும் கோபால்ட்{1}}இலவச மாற்றுகளை உருவாக்குதல். 2024 ஆம் ஆண்டில், ஜோர்ஜியா டெக்கின் ஆராய்ச்சியாளர்கள் இரும்பு குளோரைடு கேத்தோடை உருவாக்கினர், அதற்கு சமமான ஆற்றலைச் சேமிக்கும் போது வழக்கமான பொருட்களில் 1-2% செலவாகும். இன்னும் சோதனையாக இருந்தாலும், இத்தகைய முன்னேற்றங்கள் பேட்டரி பொருளாதாரத்தை அடிப்படையில் மறுவடிவமைக்கலாம்.

வெவ்வேறு பயன்பாடுகள் வெவ்வேறு கேத்தோடு செயல்திறன் சுயவிவரங்களைக் கோருகின்றன. மின்சார வாகனங்கள் ஓட்டும் வரம்பிற்கான ஆற்றல் அடர்த்திக்கு முன்னுரிமை அளிக்கின்றன, நுகர்வோர் எலக்ட்ரானிக்ஸ் மதிப்பு கச்சிதமான அளவு, மற்றும் கட்டம் சேமிப்பு சுழற்சி வாழ்க்கை மற்றும் பாதுகாப்பை வலியுறுத்துகிறது.

ஆற்றல் அடர்த்தி வேதியியலால் வியத்தகு முறையில் மாறுபடுகிறது. NMC 811 மற்றும் NCA ஆகியவை செல் அளவில் 200-270 Wh/kg ஐ வழங்குகின்றன, இதனால் EVகள் 300-400 மைல் தூரத்தை அடைய முடியும். LFP ஆனது 140-170 Wh/kg இல் குறைந்த ஆற்றல் அடர்த்தியை வழங்குகிறது, ஆனால் BYD போன்ற சிறந்த ஆயுட்காலம்-உற்பத்தியாளர்கள் செல்-டு-பேக் ஒருங்கிணைப்பு மூலம் போட்டித்தன்மை கொண்ட EV வரம்புகளை அடைந்துள்ளனர், இது தொகுதிகளை நீக்கி, அளவீட்டு செயல்திறனை அதிகரிக்கிறது.

சுழற்சியின் ஆயுள் என்பது, அதன் திறன் 80% ஆகக் குறைவதற்கு முன், சார்ஜ்{0}}வெளியேற்ற சுழற்சிகளின் எண்ணிக்கையைக் குறிக்கிறது. NMCக்கு 1,000-2,000 மற்றும் LCO க்கு 500-1,000 உடன் ஒப்பிடும்போது, 2,000-4,000 சுழற்சிகளுடன் LFP இங்கு சிறந்து விளங்குகிறது. இந்த நீட்டிக்கப்பட்ட ஆயுட்காலம் நிலையான ஆற்றல் சேமிப்பிற்கு LFP ஐ சிறந்ததாக ஆக்குகிறது, அங்கு பேட்டரிகள் தினமும் 10-15 ஆண்டுகள் சுழற்சி செய்யலாம். உயர்-நிக்கல் என்எம்சி, கட்டமைப்பு உறுதியற்ற தன்மை மற்றும் உயர் மின்னழுத்தங்களில் பக்கவிளைவுகள் காரணமாக, கவனமாக வெப்ப மேலாண்மை தேவைப்படுவதால் வேகமாகச் சிதைகிறது.

பாதுகாப்பு பண்புகள் வெப்ப மற்றும் இரசாயன நிலைத்தன்மையிலிருந்து உருவாகின்றன. LFP விதிவிலக்கான பாதுகாப்பை நிரூபிக்கிறது-அதன் வலுவான P{2}}O பிணைப்புகள் வெப்ப நிகழ்வுகளின் போது ஆக்ஸிஜன் வெளியீட்டைத் தடுக்கின்றன, மேலும் 270 டிகிரிக்கு மேல் உள்ள வரை பொருள் வெளிப்புற வெப்பச் சிதைவுக்கு உட்படாது. என்எம்சி மற்றும் என்சிஏ கேத்தோட்கள் குறைந்த வெப்பநிலையில் (200-250 டிகிரி) சிதைந்து, வெப்ப ரன்வேயை எரியூட்டக்கூடிய ஆக்ஸிஜனை வெளியிடுகின்றன. சீன EV சந்தையில் LFP ஏன் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது என்பதை இது விளக்குகிறது, அங்கு வெப்ப பாதுகாப்பு அதிக ஒழுங்குமுறை ஆய்வுகளைப் பெறுகிறது.

ஆற்றல் திறன் லித்தியம்-அயன் பரவல் விகிதங்கள் மற்றும் மின்னணு கடத்துத்திறனைப் பொறுத்தது. LMO இன் முப்பரிமாண ஸ்பைனல் அமைப்பு வேகமான அயனி போக்குவரத்தை செயல்படுத்துகிறது, 20C வரையிலான வெளியேற்ற விகிதங்களை ஆதரிக்கிறது-அதாவது பேட்டரி அதன் முழு திறனை 3 நிமிடங்களில் கோட்பாட்டளவில் வெளியேற்றும். NMC மற்றும் NCA ஆகியவை பொதுவாக 1-3C விகிதங்களைக் கையாளுகின்றன, அதே சமயம் LFP 5C பீக் பர்ஸ்ட்களுடன் 1C தொடர்ச்சியாக நிர்வகிக்கிறது.

இயக்க வெப்பநிலை வரம்பு தீவிர காலநிலையில் செயல்திறனை பாதிக்கிறது. குறைந்த வெப்பநிலையில் லித்தியம்{1}}அயன் இயக்கம் குறைவதால் குளிர்ந்த காலநிலையில் LFP அதிக திறன் இழப்பை சந்திக்கிறது. NMC மற்றும் NCA சிறந்த குளிர் காலநிலை செயல்திறனை பராமரிக்கின்றன சில உற்பத்தியாளர்கள் இப்போது வடக்கு சந்தைகளில் LFP செயல்பாட்டை செயல்படுத்த பேட்டரி முன்{5}}ஹீட்டிங் சிஸ்டம்களைப் பயன்படுத்துகின்றனர்.

cathode active material

பேட்டரி வரிசைப்படுத்தல் துரிதப்படுத்தப்படுவதால், மறுசுழற்சி கேத்தோடு பொருட்கள் விநியோகச் சங்கிலியின் நிலைத்தன்மை மற்றும் சுற்றுச்சூழல் பொறுப்பு ஆகியவற்றிற்கு முக்கியமானதாகிவிட்டது. மூன்று முக்கிய மறுசுழற்சி அணுகுமுறைகள் உருவாகியுள்ளன: ஹைட்ரோமெட்டலர்ஜி, பைரோமெட்டலர்ஜி மற்றும் நேரடி மீளுருவாக்கம்.

ஹைட்ரோமெட்டலர்ஜிக்கல் செயல்முறைகள் அமிலக் கரைசல்களில் கத்தோட் பொருட்களைக் கரைத்து, பின்னர் தனித்தனி உலோகங்களைத் தேர்ந்தெடுத்து, சுத்திகரிக்கின்றன. இந்த முறை லித்தியம், நிக்கல், கோபால்ட் மற்றும் மாங்கனீஸை 95-99% செயல்திறனில் மீட்டெடுக்கிறது, ஆனால் குறிப்பிடத்தக்க கழிவு நீர் மற்றும் இரசாயன கழிவுகளை உருவாக்குகிறது. Ascend Elements இன் காப்புரிமை பெற்ற Hydro-to-Cathode® செயல்முறையானது பாரம்பரிய ஹைட்ரோமெட்டலர்ஜியை மேம்படுத்துகிறது, 15 இடைநிலை படிகளை நீக்குகிறது மற்றும் கன்னி பொருள் உற்பத்தியுடன் ஒப்பிடும்போது கார்பன் வெளியேற்றத்தை 49% குறைக்கிறது.

பைரோமெட்டலர்ஜிகல் மறுசுழற்சியானது உலோகக் கலவைகளை உருவாக்க அதிக வெப்பநிலையில் பேட்டரிகளை உருகச் செய்கிறது, அதில் இருந்து மதிப்புமிக்க கூறுகள் பிரித்தெடுக்கப்படுகின்றன. எளிமையான மற்றும் விரிவான முன் சிகிச்சையின்றி முழு பேட்டரிகளையும் செயலாக்க முடியும் என்றாலும், பைரோமெட்டலர்ஜி குறிப்பிடத்தக்க ஆற்றலைப் பயன்படுத்துகிறது மற்றும் லித்தியத்தை கசடுகளாக இழக்கிறது. பைரோமெட்டலர்ஜிக்கல் சிகிச்சையில் இருந்து வெளியாகும் கிரீன்ஹவுஸ் வாயு உமிழ்வு ஹைட்ரோமெட்டலர்ஜிக்கல் முறைகளை விட இரண்டு மடங்கு அதிகம்.

நேரடி மீளுருவாக்கம் என்பது புதிய அணுகுமுறையைக் குறிக்கிறது-சிதைக்கப்பட்ட கத்தோட் பொருட்களைக் கூறு உலோகங்களாக உடைப்பதைக் காட்டிலும் பழுதுபார்க்கும். இந்த முறையானது பைண்டர்கள் மற்றும் தற்போதைய சேகரிப்பாளர்களிடமிருந்து செயலில் உள்ள பொருட்களைப் பிரித்து, பின்னர் இழந்த லித்தியத்தை திடமான-நிலை சின்டரிங், நீர் வெப்ப சிகிச்சை அல்லது உருகிய உப்பு செயலாக்கம் மூலம் நிரப்புகிறது. பிரித்தெடுத்தல் அடிப்படையிலான மறுசுழற்சி செய்வதை விட நேரடி மீளுருவாக்கம் 60{5}}80% குறைவான ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது மற்றும் கழிவுநீரை உற்பத்தி செய்யாது. சமீபத்திய ஆய்வுகள் நேரடியாக மீளுருவாக்கம் செய்யப்பட்ட என்எம்சி கேத்தோட்கள் கன்னிப் பொருட்களின் செயல்திறனைப் பொருத்தலாம் அல்லது மீறலாம் என்பதை நிரூபிக்கின்றன.

ரெட்வுட் மெட்டீரியல்ஸ், அமெரிக்காவில் முதல் வணிக-அளவிலான கத்தோட் மறுசுழற்சி வசதியை இயக்குகிறது, ஆண்டுதோறும் 30,000 டன்களை செயலாக்குகிறது மற்றும் 2024 ஆம் ஆண்டின் பிற்பகுதியில் 60,000 டன்களாக திறன் அதிகரிக்கும். அவற்றின் தனியுரிம குறைக்கும் கணக்கீட்டு செயல்முறை முழுவதுமாக மின்கலங்களின் எஞ்சிய ஆற்றல் மூலம் இயக்கப்படுகிறது.- இந்த வசதி பேட்டரி ஸ்கிராப்பில் இருந்து 95% லித்தியத்தை மீட்டெடுக்கிறது மற்றும் முதன்மை சுரங்கத்தை விட குறைந்த சுற்றுச்சூழல் தாக்கத்துடன் உயர்-கிரேடு கேத்தோடு முன்னோடிகளாக மாற்றுகிறது.

ஐரோப்பிய ஒன்றியத்தின் பேட்டரி பாஸ்போர்ட் விதிமுறைகள், 2027 முதல் நடைமுறைக்கு வரும், புதிய பேட்டரிகளில் குறைந்தபட்ச மறுசுழற்சி செய்யப்பட்ட உள்ளடக்கத்தையும் விநியோகச் சங்கிலி முழுவதும் வெளிப்படைத்தன்மையையும் கட்டாயப்படுத்தும். இந்தக் கொள்கையானது ஜெர்மனி, ஸ்வீடன் மற்றும் ஹங்கேரியில் திட்டமிடப்பட்டுள்ள வசதிகளுடன் 2022 முதல் 4.5 பில்லியன் யூரோக்களுக்கு மேல் மறுசுழற்சி உள்கட்டமைப்பு முதலீட்டைத் தூண்டியுள்ளது.

செலவு மற்றும் நிலைப்புத்தன்மை சவால்களை எதிர்கொள்ளும் போது கேத்தோடு செயல்திறன் எல்லைகளை ஆராய்ச்சி தொடர்கிறது. பல நம்பிக்கைக்குரிய முன்னேற்றங்கள் வணிகமயமாக்கலை நோக்கி முன்னேறி வருகின்றன.

ஒற்றை-படிக NMC துகள்கள் தற்போதைய பாலிகிரிஸ்டலின் கட்டமைப்பை மாற்றுகின்றன. ஒற்றைப் படிகங்கள் விரிசல் தொடங்கும் தானிய எல்லைகளை நீக்கி, சுழற்சி ஆயுளையும் இயந்திர நிலைத்தன்மையையும் வியத்தகு முறையில் மேம்படுத்துகிறது. CATL மற்றும் பிற உற்பத்தியாளர்கள் 4,000 சுழற்சிகளுக்குப் பிறகு 90% திறனைத் தக்கவைத்துக்கொள்ளும்-சிங்கிள் கிரிஸ்டல் கத்தோட்களின்-வழக்கமான NMCயின் ஆயுளை இரட்டிப்பாக்குகிறது.

லித்தியம் -செறிவான மாங்கனீசு{1}}அடிப்படையிலான கேத்தோட்கள் (LMR-NMC) 250 mAh/g திறனை மாற்றும் உலோகம் மற்றும் ஆக்ஸிஜன் ரெடாக்ஸ் எதிர்வினைகள் இரண்டையும் பயன்படுத்தி வழங்க முடியும். இருப்பினும், சைக்கிள் ஓட்டும் போது மின்னழுத்தம் மங்குதல் மற்றும் மோசமான விகித திறன் ஆகியவை வணிக ரீதியாக ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டவை. ஊக்கமருந்து உத்திகள் மற்றும் மேற்பரப்பு பூச்சுகளில் சமீபத்திய முன்னேற்றம் இந்த சவால்களை எதிர்கொள்கிறது, பல நிறுவனங்கள் 2026 க்குள் சந்தை அறிமுகத்தை இலக்காகக் கொண்டுள்ளன.

மாங்கனீசு-செறிவான சூத்திரங்கள் அதிக செயல்திறனைப் பராமரிக்கும் அதே வேளையில் நிக்கல் மற்றும் கோபால்ட் சார்புகளைக் குறைப்பதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளன. BASF ஆனது மார்ச் 2024 இல் மாங்கனீசு{3}}சத்து நிறைந்த கேத்தோட்களுக்காக ஒரு பைலட் ஆலையை அறிமுகப்படுத்தியது, மாங்கனீஸின் விலை நிக்கலை விட 10-20 மடங்கு குறைவு என்பதை அங்கீகரித்துள்ளது. மேம்படுத்தப்பட்ட Mn நிறைந்த கலவைகள் NMC 811 இன் ஆற்றல் அடர்த்தியில் 85-90% கணிசமாக குறைந்த செலவில் அடைகின்றன.

சோடியம்-அயன் பேட்டரிகள் ப்ரஷியன் ப்ளூ கேத்தோட்களைப் பயன்படுத்தி லித்தியம் மற்றும் கோபால்ட்டை முழுமையாக நீக்கும். ஆற்றல் அடர்த்தி லித்தியம்-அயனை விட (140-160 Wh/kg) குறைவாக இருக்கும் போது, சோடியத்தின் மிகுதியும் குறைந்த விலையும் நிலையான சேமிப்பு மற்றும் குறுகிய{6}}இவிகளுக்கு கவர்ச்சிகரமானதாக அமைகிறது. சீன உற்பத்தியாளர் CATL 2023 இல் சோடியம்-அயன் பேட்டரிகளை பெருமளவில் உற்பத்தி செய்யத் தொடங்கியது, ஆற்றல் அடர்த்தி 2027 இல் 200 Wh/kg ஐ எட்டும் என்று கணிக்கப்பட்டுள்ளது.

திடமான-நிலை பேட்டரிகள், திரவ எலக்ட்ரோலைட்டுகளை திட மட்பாண்டங்கள் அல்லது பாலிமர்களுடன் மாற்றுவதன் மூலம் கேத்தோடு வடிவமைப்பில் புரட்சியை ஏற்படுத்துவதாக உறுதியளிக்கின்றன. இது அதிக{2}}மின்னழுத்த கேத்தோடு பொருட்கள் மற்றும் லித்தியம் மெட்டல் அனோட்களைப் பயன்படுத்துவதற்கு உதவுகிறது, செல் அளவில் 400-500 Wh/kg ஐ அடையக்கூடிய-கிட்டத்தட்ட இரட்டை மின்னோட்டம் தொழில்நுட்பம். இருப்பினும், திட-நிலை பேட்டரிகள் உற்பத்தி அளவிடுதல் மற்றும் இடைமுக எதிர்ப்பு ஆகியவற்றில் சவால்களை எதிர்கொள்கின்றன. குவாண்டம்ஸ்கேப், சாலிட் பவர் மற்றும் டொயோட்டா உள்ளிட்ட பல நிறுவனங்கள் 2025-2030க்குள் வணிக ரீதியான உற்பத்தியை இலக்காகக் கொண்டுள்ளன.

கேத்தோடு வளர்ச்சியில் செயற்கை நுண்ணறிவு மற்றும் இயந்திர கற்றல் ஆகியவற்றின் ஒருங்கிணைப்பு கண்டுபிடிப்பு காலக்கெடுவை துரிதப்படுத்துகிறது. ஆராய்ச்சியாளர்கள் இப்போது கணக்கீட்டு மாதிரிகளைப் பயன்படுத்தி ஆயிரக்கணக்கான சாத்தியமான கலவைகளைத் திரையிடுகின்றனர், தொகுப்புக்கு முன் அவற்றின் மின்வேதியியல் பண்புகளைக் கணிக்கின்றனர். இந்த அணுகுமுறை சமீபத்தில் உயர்ந்த நிலைத்தன்மை மற்றும் திறன் தக்கவைப்பை வெளிப்படுத்தும் பல புதிய உயர்{2}}என்ட்ரோபி கேத்தோடு பொருட்களை அடையாளம் கண்டுள்ளது.

cathode active material

கத்தோட் விலையில் 70-80% மூலப்பொருள் விலைகள். லித்தியம், நிக்கல் மற்றும் கோபால்ட் ஆகியவை முதன்மை விலை இயக்கிகள், கோபால்ட் விலை டன் ஒன்றுக்கு $25,000-35,000. செயலாக்க சிக்கலானது செலவுகளையும் பாதிக்கிறது-உயர்-நிக்கல் கத்தோட்களுக்கு மிகவும் கடுமையான தூய்மை கட்டுப்பாடுகள் மற்றும் உற்பத்தி நிலைமைகள் தேவை, உற்பத்தி செலவுகள் அதிகரிக்கும். LFP கத்தோட்கள் NMC ஐ விட 30-40% குறைவாக செலவாகும், ஏனெனில் அரிதான நிக்கல் மற்றும் கோபால்ட்டுக்கு பதிலாக ஏராளமான இரும்பை பயன்படுத்துகிறது.

மறுசுழற்சியின் போது கேத்தோடு வகைகளை கலப்பது செயல்திறன் மற்றும் தயாரிப்பு தரத்தை குறைக்கிறது. NMC, NCA மற்றும் LFP ஆகியவை வெவ்வேறு இரசாயன கலவைகளைக் கொண்டுள்ளன, அவை தனி செயலாக்க அளவுருக்கள் தேவைப்படுகின்றன. இருப்பினும், ரெட்வுட் மெட்டீரியல்ஸ் மற்றும் லி{2}}சைக்கிள் போன்ற மறுசுழற்சியாளர்கள் நெகிழ்வான செயல்முறைகளை உருவாக்கியுள்ளனர், அவை இரசாயன சிகிச்சைகளை செயலாக்குவதற்கு அல்லது சரிசெய்வதற்கு முன் பேட்டரிகளை வரிசைப்படுத்துவதன் மூலம் கலவையான தீவனங்களைக் கையாள முடியும். கட்டுப்படுத்தப்பட்ட விகிதங்களில் குறிப்பிட்ட கத்தோட் வகைகளை வேண்டுமென்றே கலப்பது இடைநிலை பண்புகளுடன் புதிய பொருட்களை உருவாக்கலாம், இருப்பினும் இது சோதனைக்குரியதாகவே உள்ளது.

வெப்ப நிகழ்வுகளின் போது ஆக்ஸிஜன் வெளியீட்டைத் தடுக்கும் வலுவான பாஸ்பேட் பிணைப்பு காரணமாக LFP கத்தோட்கள் இயல்பாகவே பாதுகாப்பானவை. வெப்பநிலை 270 டிகிரியைத் தாண்டும் வரை அவை ஓடிப்போவதில்லை. நிக்கல்-செறிவான கேத்தோடுகள் (NMC 811, NCA) சுமார் 200 டிகிரியில் சிதைவடைந்து ஆக்ஸிஜனை வெளியிடுவதால் வெப்ப ஓட்டத்தை துரிதப்படுத்துகிறது. நிக்கல் நிறைந்த வேதியியலைப் பயன்படுத்தும் அதிக-ஆற்றல்-அடர்த்தி EVகளில் அதிக அளவு பேட்டரி எரிவதை இது விளக்குகிறது. இருப்பினும், மேம்பட்ட பேட்டரி மேலாண்மை அமைப்புகள் மற்றும் வெப்பக் கட்டுப்பாடுகள் பெரும்பாலான பயன்பாடுகளுக்கு என்எம்சி பேட்டரிகளை ஏற்றுக்கொள்ளக்கூடிய பாதுகாப்பானதாக ஆக்கியுள்ளன.

Iron contamination is particularly problematic-even trace amounts (>10 பிபிஎம்) உள் குறுகிய சுற்றுகள் மற்றும் திறன் மங்கலை ஏற்படுத்தும். சல்பர், வெனடியம் மற்றும் கால்சியம் ஆகியவை படிக அமைப்பை சீர்குலைப்பதன் மூலமும் மின்மறுப்பை அதிகரிப்பதன் மூலமும் செயல்திறனைக் குறைக்கின்றன. உயர்-தூய்மை முன்னோடிப் பொருட்கள் பொதுவாக 99.5-99.9% தூய்மையை 5 பிபிஎம்க்குக் குறைவான இரும்புச் சத்துடன் அடைகின்றன. மறுசுழற்சி செய்யப்பட்ட கேத்தோடு பொருட்கள் முந்தைய பேட்டரி ஆயுள் சுழற்சிகளில் இருந்து திரட்டப்பட்ட அசுத்தங்களை அகற்ற விரிவான சுத்திகரிப்புக்கு உட்படுத்தப்பட வேண்டும்.

கேத்தோடு செயலில் உள்ள பொருட்கள் பொருள் அறிவியல், மின் வேதியியல் மற்றும் உற்பத்தி பொறியியல் ஆகியவற்றின் சந்திப்பில் அமர்ந்துள்ளன. கேத்தோடு இரசாயனங்களின் தற்போதைய பரிணாமம்-செயல்திறன், செலவு மற்றும் நிலைத்தன்மையை சமநிலைப்படுத்துவது{2}}வரவிருக்கும் தசாப்தத்தில் மின்சார வாகனம் ஏற்றுக்கொள்ளுதல் மற்றும் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் சேமிப்பு வரிசைப்படுத்தலின் வேகத்தை அடிப்படையாக வடிவமைக்கும்.