کشف دستاورد جدید “امیدبخش” برای بازیافت باتری خودروهای الکتریکی توسط دانشمندان سوئدی

محققان روشی برای بازیافت ابداع کرده‌اند که امکان بازیابی ۱۰۰ درصد آلومینیوم و ۹۸ درصد لیتیوم موجود در باتری‌های خودروهای الکتریکی را فراهم می‌کند.

محققان سوئدی می گویند روش جدید و کارآمدتری برای بازیافت باتری خودروهای الکتریکی توسعه داده اند. این روش امکان بازیابی فلزات بسیار با ارزش تری را که در باتری خودروهای الکتریکی یافت می شود را فراهم می کند. دانشمندان می گویند که این فرآیند نیازی به استفاده از مواد شیمیایی گران قیمت یا مضر نیز ندارد.

مارتینا پترانیکووا، سرپرست تحقیقات، می‌گوید: «از آنجایی که می‌توان این روش را توسعه داد، امیدواریم بتوان از آن در سال‌های آینده در صنعت استفاده کرد.»

باتری ماشین های الکتریکی چگونه بازیافت می شوند؟

روش فعلی بازیافت مبتنی بر آب، هیدرومتالورژی نامیده می شود. در هیدرومتالورژی سنتی، تمام فلزات موجود در سلول باتری خودرو الکتریکی در یک اسید معدنی حل می‌شوند.

سپس “ناخالصی ها” – مانند آلومینیوم و مس – حذف می شوند و فلزات ارزشمندی مانند کبالت، نیکل، منگنز و لیتیوم بازیافت می شوند.

اگرچه مقدار باقی مانده آلومینیوم و مس کم است، اما به چندین مرحله تصفیه نیاز دارد و هر مرحله در این فرآیند می تواند به معنای از بین رفتن لیتیوم باشد.

آیا می توان باتری های EV را با کارایی بیشتری بازیافت کرد؟

محققان دانشگاه فناوری چالمرز سوئد روشی برای بازیافت ابداع کرده‌اند که امکان بازیابی ۱۰۰ درصد آلومینیوم و ۹۸ درصد لیتیوم موجود در باتری‌های خودروهای الکتریکی را فراهم می‌کند.

این شامل معکوس کردن ترتیب فعلی فرآیند و بازیابی لیتیوم و آلومینیوم در ابتدا است. در عین حال، از دست دادن مواد خام با ارزش مانند نیکل، کبالت و منگنز به حداقل می رسد.

لئا روکت، دانشجوی دکترا در دپارتمان شیمی و مهندسی شیمی در چالمرز می‌گوید: «تاکنون هیچ‌کس نتوانسته است دقیقاً شرایط مناسبی برای جداسازی این مقدار لیتیوم با استفاده از اسید اگزالیک و در عین حال حذف تمام آلومینیوم پیدا کند.

از آنجایی که همه باتری ها حاوی آلومینیوم هستند، باید بتوانیم آن را بدون از دست دادن فلزات دیگر حذف کنیم.»

روکت و پترانیکووا، رهبر تحقیقات، در آزمایشگاه بازیافت باتری خود، سلول‌های باتری کارکرده خودرو و محتویات پودر شده آنها را در یک کمد بخار قرار دادند.

پودر سیاه ریز آسیاب شده در یک مایع آلی شفاف به نام اسید اگزالیک حل می شود – یک ماده دوستدار محیط زیست که می تواند در گیاهانی مانند ریواس و اسفناج یافت شود.

پودر و مایع در دستگاهی قرار می‌گیرند که یادآور میکسر آشپزخانه است. در اینجا، آلومینیوم و لیتیوم در باتری ها در اسید اگزالیک حل می شوند، در حالی که سایر فلزات به صورت جامد باقی می مانند.

 

مرحله نهایی فرآیند جداسازی این فلزات به منظور بازیابی لیتیوم است که سپس می توان از آن برای ساخت باتری های جدید استفاده کرد.

از آنجایی که فلزات دارای خواص بسیار متفاوتی هستند، فکر نمی کنیم جداسازی آنها سخت باشد. روکت می‌گوید: روش ما یک مسیر جدید امیدوارکننده برای بازیافت باتری است – مسیری که قطعاً کاوش بیشتر را تضمین می‌کند.

گروه تحقیقاتی پترانیکووا سال های زیادی را صرف انجام تحقیقات پیشرفته در بازیافت فلزات موجود در باتری های لیتیوم یون کرده است. این شرکت در همکاری های مختلفی با شرکت ها برای توسعه بازیافت باتری ماشین های الکتریکی مشارکت دارد. این گروه با برندهایی مانند Volvo و Northvolt در پروژه های تحقیقاتی و توسعه بزرگ شریک است.

برای مشاهده منبع این مقاله کلیک کنید.

 

باتری بدون کبالت برای تولید برق تمیزتر و سبزتر

جایگزینی برای کبالت در باتری ها از اثرات زیست محیطی و اجتماعی آن جلوگیری می کند.

تاریخ انتشار: ۱۹ اکتبر ۲۰۲۳

باتری های قابل شارژ با ظرفیت بالا و قابل اعتماد جزء حیاتی بسیاری از دستگاه ها و حتی شیوه های حمل و نقل هستند. آنها نقش کلیدی در تغییر به دنیای سبزتر دارند. در تولید آنها از عناصر بسیار متنوعی از جمله کبالت استفاده می شود که تولید آن به برخی از مسائل زیست محیطی، اقتصادی و اجتماعی کمک می کند. برای اولین بار، تیمی متشکل از محققان دانشگاه توکیو جایگزین مناسبی برای کبالت ارائه کردند که از جهاتی می‌تواند از شیمی باتری‌های پیشرفته پیشی بگیرد. همچنین از تعداد زیادی از چرخه‌های شارژ مجدد جان سالم به در می‌برد و تئوری زیربنایی را می‌توان برای مشکلات دیگر به کار برد.

به احتمال زیاد، در حال خواندن این مقاله در یک لپ‌تاپ یا تلفن هوشمند هستید، و اگر نه، احتمالاً حداقل یکی از آن‌ها را دارید. در داخل هر یک از دستگاه ها و بسیاری دیگر، یک باتری لیتیوم یونی (LIB) پیدا خواهید کرد. اکنون برای چندین دهه، LIB ها روشی استاندارد برای تامین انرژی دستگاه ها و ماشین های الکترونیکی قابل حمل یا سیار بوده اند. با تغییر جهان از سوخت های فسیلی، آنها به عنوان یک گام مهم برای استفاده در خودروهای برقی و باتری های خانگی برای کسانی که پنل های خورشیدی دارند دیده می شود. اما همانطور که باتری ها دارای یک قطب مثبت و یک قطب منفی هستند، LIB ها نیز دارای نقاط منفی در برابر ویژگی های مثبت خود هستند.

 

اگرچه آنها برخی از پرمصرف ترین منابع برق قابل حمل موجود هستند، بسیاری از مردم آرزو می کنند که LIB ها بتوانند چگالی انرژی بیشتری تولید کنند تا عمر طولانی تری داشته باشند یا حتی انرژی ماشین های قویتری را تامین کنند. همچنین، آنها می توانند در تعداد زیادی از چرخه های شارژ زنده بمانند، اما با گذشت زمان نیز تخریب می شوند. برای همه بهتر است که باتری ها بتوانند در چرخه های شارژ مجدد بیشتر دوام بیاورند و ظرفیت خود را برای مدت طولانی تری حفظ کنند. اما شاید نگران کننده ترین مشکل LIB های فعلی در یکی از عناصر مورد استفاده برای ساخت آنها نهفته است.

 

کبالت به طور گسترده برای بخش کلیدی LIB ها، الکترودها استفاده می شود. همه باتری ها به روشی مشابه کار می کنند: دو الکترود، یکی مثبت و دیگری منفی، جریان یون های لیتیوم را بین آنها در چیزی که الکترولیت نامیده می شود، هنگامی که به یک مدار خارجی متصل می شود، تقویت می کنند. با این حال، کبالت عنصر کمیاب است. در حقیقت بسیار نادر است که در حال حاضر تنها یک منبع اصلی از آن وجود دارد: مجموعه ای از معادن واقع در جمهوری دموکراتیک کنگو. در طول این سال ها مسائل زیادی در مورد پیامدهای زیست محیطی این معادن و همچنین شرایط کار در آنجا گزارش شده است، از جمله استفاده از کار کودکان. از منظر عرضه نیز، منبع کبالت به دلیل بی ثباتی سیاسی و اقتصادی در منطقه است.

پروفسور آتسو یامادا از دپارتمان مهندسی سیستم شیمی گفت: «دلایل زیادی وجود دارد که می‌خواهیم از استفاده از کبالت برای بهبود باتری‌های لیتیوم یونی خودداری کنیم.»

“برای ما این چالش یک چالش فنی است، اما تاثیر آن می تواند زیست محیطی، اقتصادی، اجتماعی و فناوری باشد. خوشحالیم که جایگزین جدیدی برای کبالت را با استفاده از ترکیب جدیدی از عناصر در الکترودها، از جمله لیتیوم، نیکل، منگنز گزارش کنیم. ، سیلیکون و اکسیژن — همه عناصر بسیار رایج تر و کمتر مشکل ساز برای تولید و کار با آنها هستند.”

الکترودها و الکترولیت جدیدی که یامادا و تیمش ایجاد کردند، نه تنها عاری از کبالت هستند، بلکه در واقع از جهاتی شیمی باتری فعلی را بهبود می بخشند. چگالی انرژی LIB های جدید حدود ۶۰ درصد بیشتر است که می تواند برابر با طول عمر بیشتر باشد و می تواند ۴.۴ ولت را تولید کند، در مقابل حدود ۳.۲-۳.۷ ولت LIB های معمولی. اما یکی از شگفت‌انگیزترین دستاوردهای تکنولوژیکی بهبود ویژگی‌های شارژ مجدد بود. باتری های آزمایشی با شیمی جدید قادر به شارژ و تخلیه کامل بیش از ۱۰۰۰ چرخه (شبیه سازی سه سال استفاده و شارژ کامل) بودند، در حالی که تنها حدود ۲۰ درصد از ظرفیت ذخیره سازی خود را از دست دادند.

“ما از نتایج تا کنون خوشحالیم، اما رسیدن به اینجا بدون چالش نبود. این تلاش برای سرکوب واکنش‌های نامطلوب مختلف بود که در نسخه‌های اولیه باتری‌های شیمیایی جدید ما رخ می‌داد و می‌توانست طول عمر باتری را به شدت کاهش دهد. یامادا گفت: هنوز راه زیادی در پیش داریم، زیرا کاهش واکنش‌های جزئی به منظور بهبود ایمنی و طول عمر بیشتر باتری مورد نیاز است. در حال حاضر، مطمئن هستیم که این تحقیقات منجر به بهبود باتری‌ها برای بسیاری از کاربردها خواهد شد، در جایی که دوام و طول عمر بسیار مورد نیاز است، ممکن است هنوز به بهترین نتیجه نرسیده باشیم.”

اگرچه یامادا و تیمش در حال بررسی برنامه‌های کاربردی در LIB بودند، مفاهیمی که زیربنای توسعه اخیر آنها است را می‌توان در سایر فرآیندها و دستگاه‌های الکتروشیمیایی، از جمله انواع دیگر باتری‌ها، تقسیم آب (برای تولید هیدروژن و اکسیژن)، ذوب سنگ معدن، پوشش الکتریکی و… به کار برد.

برای مشاهده منبع این مقاله کلیک کنید.