Да бисмо свет у којем доминирају електрична возила спремно дочекали и да би он био одржив, научници који се баве испитивањем материјала прихватили су два велика изазова – проналазак технолошког начина који би подразумевао смањену примену оскудних и скупих метала (чија производња, притом, негативно утиче на животну средину) у батеријама и унапређење рециклажних процеса – како би вредни метали из употребљених батерија могли поново да се користе.
С обзиром на то да аналитичари у догледној будућности не очекују престанак коришћења литијум-јонских батерија – јер трошкови њихове производње константно опадају и процењује се да ће се током текуће деценије цене електричних аутомобила изједначити са ценама возила исте категорије која користе фосилна горива – произвођачи батерија и аутомобила, као и национални фондови за истраживања и развој, већ су потрошили милијарде долара не би ли смањили трошкове производње и рециклирања батерија за електрична возила.
Кључни циљ поменутих напора је развој рециклажних процеса који би били подједнако финансијски исплативи као и, тренутно значајно повољнији, трошкови ископавања метала. Сходно томе, први изазов за истраживаче је смањење количине метала за производњу батерија. Литијум сам по себи није оскудан, јунски извештај BloombergNEF-а процењује да су његове тренутне резерве (21 милион тона према Америчком геолошком заводу) довољне да се до средине 21. века спроведе целокупни прелазак на електрична возила. Забринутост превасходно буди кобалт, који је највреднији састојак постојећих батерија.
Да би решиле проблеме са сировинама, бројне лабораторије су експериментисале са катодама са ниским уделом или без кобалта. Арумугам Мантхирам, научник који испитује материјале са Универзитета Тексаса у Остину, међу првим је истраживачима који су у лабораторијским условима решили проблем доказујући да се кобалт може уклонити из катода без угрожавања перформанси батерија. „Материјал без кобалта који смо испитали има исту кристалну структуру као оксид литијум-кобалта, па самим тим и исту густину енергије“, каже Мантхирам. Он је основао стартап под именом TexPower, који ће ову технологију покушати да пласира на тржиште у наредне две године. И друге лабораторије широм света раде на батеријама без овог метала, а пионирски произвођач електричних возила Тесла истакао је како планира да га уклони из својих батерија у наредних неколико година.
Иако није скуп као кобалт, истраживачи желе да избегну и никл, чији би ресурси у блиској будућности могли бити исцрпљени. Међутим, изузимање и кобалта и никла захтева прелазак на радикално различите кристалне структуре за катодне материјале. Један од могућих приступа је примена материјала који се називају неуређене камене соли, а могу се направити од мангана који је јефтин и има га у изобиљу.
Са друге стране, ако се батерије буду правиле без кобалта, истраживачи технологија за рециклирање суочиће се са својеврсним последицама. Кобалт и никл су главни фактори који би рециклирање батерија могли учинити економичним, јер су други материјали, посебно литијум, тренутно јефтинији за рударење него за рециклажу. Зато су истраживачи усмерени на побољшање процеса који би довели до тога да рециклирани литијум буде економски привлачан. Иако аналитичари процењују да је у овој фази укупна економија исплатива искључиво због кобалта, неке стартап компаније у Северној Америци тврде да већ могу да рециклирају већину метала коришћену у производњи батерија, укључујући и литијум, по конкурентним ценама.
У типичном постројењу за рециклажу, батерије се прво уситњавају, што претвара њихове ћелије у мешавину свих употребљених материјала. Та смеша се затим разлаже на елементарне састојке применом пирометалургије у топионици или хидрометалуршким растварањем. Алтернативно решење је поновна употреба катодних кристала уместо разбијања њихове структуре поменутим методама.
ReCell Center – национални пројекат САД вредан 15 милиона долара, који укључује три националне лабораторије, три универзитета, као и бројне представнике индустрије – развија технике које ће омогућити рециклажерима да извуку кристале катода и препродају их. „Разлог због којег смо толико одушевљени очувањем кристалне структуре је то што знамо колико је енергије и знања било потребно да се то споји“, каже Линда Гејнс, физичка хемичарка из Националне лабораторије Аргон, која је ангажована на пројекту. С обзиром на то да се хемијска структура батерија стално развија и да ће се катоде које ће произвођачи користити за 10-15 година (на крају животног циклуса данашњих аутомобила) значајно разликовати – она наглашава да би батерије требало од темеља дизајнирати, тако да се унапред омогући њихово лакше растављање приликом рециклирања. Осим тога, ефикасност извлачења материјала значајно би се повећала уколико би произвођачи своје батерије прикупили на крају њиховог животног циклуса.
Ендру Ебот, научник са Универзитета у Лестеру у Великој Британији који је укључен у истраживање ReLiB о одрживости батерија које (са 14 милиона фунти) финансира британска влада, такође тврди да ће рециклирање бити много исплативије ако се прескочи фаза уситњавања и директно раздвоје ћелије. Он и његови сарадници развили су иновативну технику за издвајање катодних материјала помоћу ултразвука, за коју тврде да рециклиране материјале може учинити много јефтинијим од ископаних метала.
Да би се до средине века, када ће извесно бити исцрпљени природни ресурси већине поменутих метала, достигао глобални циљ нулте емисије гасова са ефектом стаклене баште, рециклирање батерија за погон електричних возила требало би да постане уобичајена пракса. „Можда ће проћи неко време док тржиште литијум-јонских батерија не достигне своју пуну величину, делимично и због тога што су те батерије постале изузетно издржљиве“, изјавио је Хереш Камат, специјалиста за складиштење енергије из Института за проучавање електричне енергије у Калифорнији. У сваком случају, који год процеси рециклирања да постану стандард, када милиони батерија достигну крај свог живота, економија обима ће сасвим извесно рециклирање батерија учинити исплативијим.