Da bismo svet u kojem dominiraju električna vozila spremno dočekali i da bi on bio održiv, naučnici koji se bave ispitivanjem materijala prihvatili su dva velika izazova – pronalazak tehnološkog načina koji bi podrazumevao smanjenu primenu oskudnih i skupih metala (čija proizvodnja, pritom, negativno utiče na životnu sredinu) u baterijama i unapređenje reciklažnih procesa – kako bi vredni metali iz upotrebljenih baterija mogli ponovo da se koriste.
S obzirom na to da analitičari u doglednoj budućnosti ne očekuju prestanak korišćenja litijum-jonskih baterija – jer troškovi njihove proizvodnje konstantno opadaju i procenjuje se da će se tokom tekuće decenije cene električnih automobila izjednačiti sa cenama vozila iste kategorije koja koriste fosilna goriva – proizvođači baterija i automobila, kao i nacionalni fondovi za istraživanja i razvoj, već su potrošili milijarde dolara ne bi li smanjili troškove proizvodnje i recikliranja baterija za električna vozila.
Ključni cilj pomenutih napora je razvoj reciklažnih procesa koji bi bili podjednako finansijski isplativi kao i, trenutno značajno povoljniji, troškovi iskopavanja metala. Shodno tome, prvi izazov za istraživače je smanjenje količine metala za proizvodnju baterija. Litijum sam po sebi nije oskudan, junski izveštaj BloombergNEF-a procenjuje da su njegove trenutne rezerve (21 milion tona prema Američkom geološkom zavodu) dovoljne da se do sredine 21. veka sprovede celokupni prelazak na električna vozila. Zabrinutost prevashodno budi kobalt, koji je najvredniji sastojak postojećih baterija.
Da bi rešile probleme sa sirovinama, brojne laboratorije su eksperimentisale sa katodama sa niskim udelom ili bez kobalta. Arumugam Manthiram, naučnik koji ispituje materijale sa Univerziteta Teksasa u Ostinu, među prvim je istraživačima koji su u laboratorijskim uslovima rešili problem dokazujući da se kobalt može ukloniti iz katoda bez ugrožavanja performansi baterija. „Materijal bez kobalta koji smo ispitali ima istu kristalnu strukturu kao oksid litijum-kobalta, pa samim tim i istu gustinu energije“, kaže Manthiram. On je osnovao startap pod imenom TexPower, koji će ovu tehnologiju pokušati da plasira na tržište u naredne dve godine. I druge laboratorije širom sveta rade na baterijama bez ovog metala, a pionirski proizvođač električnih vozila Tesla istakao je kako planira da ga ukloni iz svojih baterija u narednih nekoliko godina.
Iako nije skup kao kobalt, istraživači žele da izbegnu i nikl, čiji bi resursi u bliskoj budućnosti mogli biti iscrpljeni. Međutim, izuzimanje i kobalta i nikla zahteva prelazak na radikalno različite kristalne strukture za katodne materijale. Jedan od mogućih pristupa je primena materijala koji se nazivaju neuređene kamene soli, a mogu se napraviti od mangana koji je jeftin i ima ga u izobilju.
Sa druge strane, ako se baterije budu pravile bez kobalta, istraživači tehnologija za recikliranje suočiće se sa svojevrsnim posledicama. Kobalt i nikl su glavni faktori koji bi recikliranje baterija mogli učiniti ekonomičnim, jer su drugi materijali, posebno litijum, trenutno jeftiniji za rudarenje nego za reciklažu. Zato su istraživači usmereni na poboljšanje procesa koji bi doveli do toga da reciklirani litijum bude ekonomski privlačan. Iako analitičari procenjuju da je u ovoj fazi ukupna ekonomija isplativa isključivo zbog kobalta, neke startap kompanije u Severnoj Americi tvrde da već mogu da recikliraju većinu metala korišćenu u proizvodnji baterija, uključujući i litijum, po konkurentnim cenama.
U tipičnom postrojenju za reciklažu, baterije se prvo usitnjavaju, što pretvara njihove ćelije u mešavinu svih upotrebljenih materijala. Ta smeša se zatim razlaže na elementarne sastojke primenom pirometalurgije u topionici ili hidrometalurškim rastvaranjem. Alternativno rešenje je ponovna upotreba katodnih kristala umesto razbijanja njihove strukture pomenutim metodama.
ReCell Center – nacionalni projekat SAD vredan 15 miliona dolara, koji uključuje tri nacionalne laboratorije, tri univerziteta, kao i brojne predstavnike industrije – razvija tehnike koje će omogućiti reciklažerima da izvuku kristale katoda i preprodaju ih. „Razlog zbog kojeg smo toliko oduševljeni očuvanjem kristalne strukture je to što znamo koliko je energije i znanja bilo potrebno da se to spoji“, kaže Linda Gejns, fizička hemičarka iz Nacionalne laboratorije Argon, koja je angažovana na projektu. S obzirom na to da se hemijska struktura baterija stalno razvija i da će se katode koje će proizvođači koristiti za 10-15 godina (na kraju životnog ciklusa današnjih automobila) značajno razlikovati – ona naglašava da bi baterije trebalo od temelja dizajnirati, tako da se unapred omogući njihovo lakše rastavljanje prilikom recikliranja. Osim toga, efikasnost izvlačenja materijala značajno bi se povećala ukoliko bi proizvođači svoje baterije prikupili na kraju njihovog životnog ciklusa.
Endru Ebot, naučnik sa Univerziteta u Lesteru u Velikoj Britaniji koji je uključen u istraživanje ReLiB o održivosti baterija koje (sa 14 miliona funti) finansira britanska vlada, takođe tvrdi da će recikliranje biti mnogo isplativije ako se preskoči faza usitnjavanja i direktno razdvoje ćelije. On i njegovi saradnici razvili su inovativnu tehniku za izdvajanje katodnih materijala pomoću ultrazvuka, za koju tvrde da reciklirane materijale može učiniti mnogo jeftinijim od iskopanih metala.
Da bi se do sredine veka, kada će izvesno biti iscrpljeni prirodni resursi većine pomenutih metala, dostigao globalni cilj nulte emisije gasova sa efektom staklene bašte, recikliranje baterija za pogon električnih vozila trebalo bi da postane uobičajena praksa. „Možda će proći neko vreme dok tržište litijum-jonskih baterija ne dostigne svoju punu veličinu, delimično i zbog toga što su te baterije postale izuzetno izdržljive“, izjavio je Hereš Kamat, specijalista za skladištenje energije iz Instituta za proučavanje električne energije u Kaliforniji. U svakom slučaju, koji god procesi recikliranja da postanu standard, kada milioni baterija dostignu kraj svog života, ekonomija obima će sasvim izvesno recikliranje baterija učiniti isplativijim.