چگونه بازیافت باتری را مقرون به صرفه می‌کنیم؟

چگونه بازیافت باتری را مقرون به صرفه می‌کنیم؟ دانشمندان در مرکز ReCell گام دیگری به سمت این هدف برداشته‌اند.

باتری‌های لیتیوم-یون، موتورهای ابزارهای فناوری امروز و آینده ما هستند. آنها به وسایل قابل حمل الکترونیکی مثل گوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها و خودروهای برقی (EVها) انرژی می‌دهند که در حال محبوب‌شدن هستند. اما استفاده روزافزون از باتری های لیتیوم یونی، به ویژه در خودروها، از فناوری بازیافت آنها پیشی گرفته است. اکنون دانشمندان در مرکز ReCell (اولین مرکز ملی پیشرفته تحقیقات و توسعه بازیافت باتری، با دفتر مرکزی واقع در وزارت انرژی (DOE) آزمایشگاه ملی Argonne) اکتشافی اساسی انجام داده‌اند که بزرگ‌ترین مانع در راه پایدارکردن اقتصادی بازیافت باتری‌های لیتیوم-یون را از بین می‌برد.

فرایندهای بازیافتی که امروزه استفاده می‌شوند، بازگشت فلزها را به‌گونه‌ای امکان‌پذیر می‌کنند که برای تولیدکنندگان باتری ارزش پایینی دارد. مشکل بزرگی که در افق پدیدار می‌شود: در کمتر از یک دهه، محققین پیش‌بینی می‌کنند که دو میلیون تن باتری لیتیوم-یون مصرف شده از ماشین‌های برقی در پایان هر سال باقی می‌ماند. تعداد باتری‌های مصرف شده در حال حاضر کم است اما در شرف رشدی قابل ملاحظه است؛ زیرا مدل‌های قدیمی‌تر خودروها به پایان عمر مفید خود می‌رسند (و ساختار بازیافت کنونی برای این هجوم آماده نیست).

«اگر صنعت باتری‌سازی می‌خواهد مواد کاتدی بازیافت شده برای استفاده مجدد در باتری‌های جدید بخرد، نباید از خالص‌بودن بگذرد.» این گفته جسیکا دورهام، دانشمند مواد در Argonne و نویسنده مشترک این مقاله است.

محققین در دانشگاه صنعتی میشیگان (MTU) که بخشی از تیم ReCell هستند فرایندی نوآورانه برای جداسازی مواد ارزشمند که کاتد یا همان الکترود با بار مثبت باتری را می‌سازند، ایجاد کرده‌اند.

دانشمندان در مرکز تحقیقاتی مهندسی مواد در Argonne، در حال افزایش مقیاس فرایند نوآورانه جداسازی هستند تا راه را برای بازیافت باتری‌های خودروهای برقی در مقیاس بزرگ هموار کنند. چون مواد کاتدی باتری خودروهای برقی، بسته به تولیدکننده خودرو و سال تولید فرق می‌کنند، بازیافت‌کننده باید از مخلوطی از لیتیوم اکسید فلزات ( لیتیوم کبالت اکسید، لیتیوم نیکل منگنز کبالت اکسید، لیتیوم نیکل کبالت آلومینیوم اکسید، لیتیوم آهن فسفات و غیره) استفاده کند و هرکدام را به مواد سازنده برای استفاده دوباره تجزیه کند. این امر که زمانی غیرممکن بود اکنون شدنی به نظر می‌رسد.

بازیافت مستقیم و استفاده دوباره از مواد کاتدی باتری

بازیافت مستقیم و استفاده دوباره از مواد کاتدی باتری حلقه را تکمیل می‌کند. (به گفته مرکز ReCell)

در روزنامه‌ای چاپ شده در ژورنال علمی تأیید شده فناوری انرژی، محققین MTU و ReCell به جزئیات اکتشاف خود پرداختند: روشی برای تجزیه جداگانه مواد کاتدی با استفاده از ورژن جدیدی از یک فرایند قدیمی به نام شناورسازی کف.

شناورسازی کف که برای سال‌ها توسط صنعت معدن برای جداسازی و خالص‌سازی سنگ معدن استفاده می‌شد، مواد را در یک مخزن شناور بر اساس دفع آب و شناور یا جذب آب و غرق شدن جدا می‌کند. عموماً مواد کاتدی پایین می‌آیند که جداکردن آنها از هم را دشوار می‌کند. این در مورد لیتیوم نیکل منگنز کبالت اکسید (NMC111) و لیتیوم منگنز اکسید (LMO) دو ماده کاتدی رایج در باتری خودروهای برقی که تیم ReCell در آزمایش‌های خود استفاده کردند، صادق است. چیزی که محققین فهمیدند این بود که تجزیه می‌تواند با شناورسازی یک ماده کاتدی NMC111 همراه با معرفی یک ماده شیمیایی که باعث می‌شود ماده هدف، آب را دفع کند، انجام شود.

زمانی که مواد کاتدی تجزیه شدند، محققین با آزمایش ثابت کردند که فرایند تأثیر غیرقابل انکاری روی عملکرد الکتروشیمیایی مواد دارد. هر دو همچنین درصد بالایی از خلوص داشتند (۹۵ درصد یا بیشتر).

جسیکا دورهام، یک دانشمند مواد در Argonne و نویسنده مشترک این پژوهش می‌گوید:« این خیلی مهم است، زیرا اگر صنعت باتری‌سازی می‌خواهد مواد کاتدی بازیافت شده برای استفاده مجدد در باتری‌های جدید بخرد، نباید از خالص‌بودن بگذرد.»

این پژوهش مرتبط با مأموریت مرکز ReCell در پیشروی روش‌های پردازشی با مصرف انرژی کمتر و گرفتن مواد ارزشمند برای بازیافت مستقیم (بازیابی، بازسازی و استفاده دوباره مستقیم اجزای باتری بدون شکستن ساختار شیمیایی) است. این مرکز یک همکاری میان Argonne، آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر وزارت انرژی و آزمایشگاه ملی Oak Ridge، دانشگاه فناوری میشیگان، دانشگاه کالیفرنیا در سن دیه‌گو و موسسه پلی‌تکنیک Worcester است.

اکتشاف ReCell تضمین می‌کند که بازه وسیعی از کاربرد شامل کاهش هزینه بازیافت باتری‌های لیتیوم-یون، کم‌کردن هزینه خودروهای برقی برای هر دو تولیدکننده و مصرف‌کننده، ایجاد امکان رقابت در صنعت جهانی بازیافت باتری برای آمریکا، تقویت استقلال انرژی آمریکا با افزایش استفاده از منابع داخلی از مواد باتری بازیافتی و کاهش وابستگی آمریکا به منابع خارجی مواد داشته باشد.

اما برای الآن تیم ReCell به شکل دقیقی متمرکز بر ایجاد گام به گام یک فرایند کامل بازیافت باتری‌های لیتیوم-یون است که از لحاظ اقتصادی پایدار باشد. تنها در آن صورت به شکل گسترده استفاده خواهد شد.

دورهام می‌گوید:« هر روشی که برای این بازیافت استفاده شود، بازیافت‌کننده باید بتواند از آن سود یابد. ما در حال کنار هم گذاشتن مراحل هستیم با این دانش که در انتها فرایند سودآور خواهد بود.»

-باتری لیتیم-یون متداول‌ترین باتری مورد استفاده در تلفن‌های همراه، لپ‌تاپ‌ها و سایر وسایل الکترونیکی قابل حمل می‌باشد. سازوکار کلی آن همانند دیگر باتری‌های قابل شارژ است و کاتد، آند و الکترولیت اجزای اصلی آن به شمار می‌روند. افزایش ظرفیت، ایمنی و عمر چرخه و کاهش هزینه، اهداف پژوهش‌ها و شرکت‌ها در راستای بهبود این باتری‌ها می‌باشند.(مرجع: باتری لیتیم-یون)

پیام بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *