Dengan pertumbuhan EV yang diantisipasi selama dua dekade ke depan muncul masalah bagaimana mendaur ulang paket baterai lithium-ion besar yang memberi daya pada mereka. Insinyur ORNL mengumpulkan demonstrasi untuk menunjukkan bahwa robot dapat mempercepat pembongkaran dan membuat proses lebih aman bagi pekerja sambil meningkatkan throughput secara signifikan.
Hanya sebagian kecil baterai kendaraan lithium-ion yang didaur ulang hari ini, dan sebagian besar proses yang digunakan untuk melakukannya tidak otomatis, kata Tim McIntyre, peneliti utama di Divisi Infrastruktur Elektrifikasi dan Energi ORNL.
Baik pendaur ulang hanya ingin melewati casing luar untuk mengakses baterai dan mengganti komponen yang aus, atau mendaur ulang tumpukan baterai sepenuhnya untuk memulihkan kobalt, litium, foil logam, dan bahan lainnya, langkah pertama adalah diagnostik baterai untuk penanganan dan pembongkaran yang aman dan efisien .
“Dengan sistem kami, ketika robot mengambil paket baterai dan meletakkannya di jalur produksi, itu menandai terakhir kali manusia menyentuhnya sampai hancur berkeping-keping,” kata McIntyre.
Membatasi interaksi manusia penting untuk keselamatan dan efisiensi. Robot dengan cepat melepaskan baut dan rumah lainnya terlepas dari muatan yang tersisa, sedangkan operator manusia harus melakukan proses yang panjang dan melelahkan untuk melepaskan baterai bekas sebelum menghancurkannya secara manual. Pembongkaran otomatis mengurangi paparan manusia terhadap bahan kimia beracun yang ditemukan di dalam baterai dan tingkat daya tinggi yang mendekati tingkat 900 volt di beberapa kendaraan baru.
Sistem otomatis, yang dikembangkan sebagai bagian dari Institut Bahan Kritis DOE, atau CMI, dapat dengan mudah dikonfigurasi ulang ke semua jenis tumpukan baterai. Itu dapat diprogram untuk mengakses hanya modul baterai individual untuk perbaikan atau penggunaan kembali sebagai penyimpanan energi stasioner, atau baterai dapat dibongkar sampai ke tingkat sel untuk pemisahan dan pemulihan bahan.
Pekerjaan ini dibangun berdasarkan keahlian yang dikembangkan dalam proyek ORNL sebelumnya untuk CMI yang berfokus pada pembongkaran hard drive robotik untuk pemulihan magnet tanah jarang. Insinyur juga membuktikan bahwa magnet tersebut dapat langsung digunakan kembali di motor listrik.
“Pembongkaran otomatis komponen yang mengandung bahan kritis tidak hanya menghilangkan pembongkaran manual yang padat karya, tetapi juga menyediakan proses yang efisien untuk memisahkan komponen menjadi aliran nilai yang lebih tinggi di mana bahan kritis terkonsentrasi menjadi bahan baku individu untuk pemrosesan daur ulang,” kata Direktur CMI Tom Lograsso . “Nilai tambah ini merupakan bagian penting dari membangun proses yang layak secara ekonomi.”
Para peneliti mengikuti protokol yang sama setiap kali: memecah komponen yang digunakan secara manual dan mengumpulkan data pada proses itu untuk membuat alat dan kontrol robot yang diperlukan untuk menggerakkan sistem otomatis, kata anggota tim proyek ORNL Jonathan Harter.
“Industri tidak terbatas pada jumlah baterai yang dapat mereka gunakan untuk proses ini. Ada jaminan simpanan yang signifikan sudah terakumulasi. Faktor pembatasnya adalah waktu yang dibutuhkan untuk melakukan pelepasan listrik dan melakukan pembongkaran secara manual,” kata Harter. Dia memperkirakan bahwa dalam beberapa proses untuk membongkar 12 tumpukan baterai dengan tangan, sistem otomatis dapat menangani 100 atau lebih.
Langkah selanjutnya dapat membangun proses hingga skala komersial, dan tim McIntyre juga melihat peluang untuk menerapkan jenis sistem pembongkaran yang sama ke kereta penggerak kendaraan listrik untuk pemulihan material seperti magnet tanah jarang, tembaga, baja, dan elektronika daya utuh. Untuk membuat daur ulang lebih layak secara ekonomi, itu harus dilakukan pada throughput tinggi dan cukup fleksibel untuk memproses beberapa produk konsumen dalam satu fasilitas, kata Harter.
“Jika pasar kendaraan listrik berakselerasi seperti yang diharapkan dalam 10 hingga 20 tahun ke depan, kita perlu mengatasi masalah aliran limbah dan melihat kendaraan dan baterai bekas ini sebagai pusat rantai pasokan untuk bahan manufaktur,” katanya.