اعادة تدوير بطاريات الليثيوم بطريقة بسيطة وموفرة للطاقة
تتطلب عملية إعادة التدوير الجديدة نصف طاقة التقنيات التقليدية وتنتج مواد كاثودية جاهزة للاستخدام:
بطارية ليثيوم سريعة الشحن:
تعيد عملية إعادة التدوير الحديثة ببساطة كاثودات بطاريات اليثيوم القديمة إلى حالتها الأصلية باستخدام نصف طاقة العمليات الحالية وذلك بخلاف أساليب إعادة التدوير الحالية، التي تكسركاثودات بطاريات الليثيوم إلى عناصر منفصلة يجب تجميعها مرة أخرى، فإن التقنية الجديدة تبث مركبات جاهزة للدخول في بطارية جديدة. تعمل هذه الطريقة على بطاريات أكسيد الكوبالت الليثيوم المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية، وكذلك على بطاريات الليثيوم والنيكل والمنغنيز والكوبالت المعقدة الموجودة في السيارات الكهربائية. لقد تم تصنيع قطبي بطاريات الليثيوم من الجرافيت والكاثودات من أكاسيد الليثيوم، حيث يكون المعدن مزيجًا من الكوبالت والنيكل والمنغنيز والحديد. أقل من خمسة في المئة من بطاريات الليثيوم القديمة المعاد تدويرها اليوم. ونظرًا لوجود ملايين من البطاريات الكهربائيه الضخمة منتهية الصلاحية خلال العشر سنوات القادمة، سوف نقوم بإرسال كمياتٍ ضخمةٍ من نفايات بطاريات سامة قابلة للاشتعال إلى مدافن النفايات. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي هذه النفايات على معادن ثمينة. هناك قلق كبير من أن مخزون المعادن الأساسية مثل الكوبالت والليثيوم تتضاءل وستكون إعادة التدوير هي الحل إذا أردنا مواكبة الطلب على البطارية. تعمل العديد من الشركات ومعظمها في الصين بالفعل على إعادة معالجة البطاريات. ويتطلب هذا مجموعة من الإجراءات الأساسية لسحق البطاريات، ثم يذوبها أو يذيبها في الحمض. وماينتج عنها في النهاية هو معادن منفصلة مثل الكوبالت والليثيوم والنيكل والمنغنيز. بالإضافة إلى استخدام كميات هائلة من الطاقة، فإن تلك الطرق تدمر أكثر الأشياء ذات قيمة في كاثودات البطارية، كما يقول تشنغ تشن، أستاذ الهندسة النانوية في جامعة كاليفورنيا، سان دييغو. وقال إن هذه المادة في شكل جسيمات جميلة ومصممة بشكل جيد مع بنية مجهرية محددة تحدد أداء البطارية "هناك الكثير من الهندسة، والطاقة، والوقت في صنع هذه الهياكل". طور تشن وزملاؤه طرق بسيطة ليحفظ تلك البنية المجهرية. قام الباحثون أولًا بتدوير خلايا الليثيوم التجارية حتى فقدوا نصف سعة تخزين الطاقة لديهم. قاموا بإزالة المادة الكاثودية من ركيزة رقائق الألمنيوم، ونقعوها في حمام الملح الليثي الساخن. ثم جففوا المحلول للحصول على مسحوق، وسرعان ما تم تسخينه إلى 800 درجة مئوية ثم تم تبريده ببطء شديد. تعيد العملية التركيب الذري لمادة الكاثود وتعيد حقن أيونات الليثيوم فيه. ويستخدم نصف طاقة العمليات التقليدية. وقد صنع الباحثون خلايا بطارية جديدة مع مادة الكاثود المتجددة. وأظهرت كاثودات جديدة نفس سعة تخزين الطاقة، ووقت الشحن، والعمر مثل النسخ الأصلية. تم الإبلاغ عن النتائج في مجلة الكيمياء الخضراء.
تسعى شركتان أخريان إلى تطبيق تقنية "إعادة التدوير المباشر" المماثلة التي تعمل على تجديد مادة الكاثود المهيكلة بالكامل. وتقوم كل من شركة البطارية البديلة "فاراسيس انيرجي" و "بيند" في ولاية أوريغون، "OnTo Technologies" ، بتطوير التكنولوجيا ومحاولة توسيع نطاقها. العمليات كلها مختلفة بعض الشيء عن بعضها البعض. وكما تقول ليندا غينز، محللة أنظمة النقل في مختبر أرجون الوطني "كلما زاد عدد اللاعبين في الساحة، كان ذلك أفضل " وتقول أيضًا " يتطور بسرعة تصميم الكيمياء وخلية بطاريات الليثيوم الأيونية بسرعة. " يمكن ان تتمكن تقنيات إعادة التدوير المباشر من استعادة المنتجات عالية القيمة من تركيبات البطاريات الأحدث". لكن أحد أكبر التحديات التي يواجهها هو إيجاد طرق أفضل لفصل مادة الكاثود عن بقية البطارية - يقوم تشن وفريقه بذلك يدويًا - ويظهر أن العملية موفرة اقتصادية على نطاق واسع. يقوم شين الآن بتكرارعمليته بحيث يمكن استخدامه لأي مادة بطارية ليثيوم. كما يجري محادثات مع شركة صينية لمعالجة البطاريات، مهتمة باعتماد أسلوبه الجديد لإعادة التدوير.
مراجعة: هلا احمد
بطارية ليثيوم سريعة الشحن:
تعيد عملية إعادة التدوير الحديثة ببساطة كاثودات بطاريات اليثيوم القديمة إلى حالتها الأصلية باستخدام نصف طاقة العمليات الحالية وذلك بخلاف أساليب إعادة التدوير الحالية، التي تكسركاثودات بطاريات الليثيوم إلى عناصر منفصلة يجب تجميعها مرة أخرى، فإن التقنية الجديدة تبث مركبات جاهزة للدخول في بطارية جديدة. تعمل هذه الطريقة على بطاريات أكسيد الكوبالت الليثيوم المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية، وكذلك على بطاريات الليثيوم والنيكل والمنغنيز والكوبالت المعقدة الموجودة في السيارات الكهربائية. لقد تم تصنيع قطبي بطاريات الليثيوم من الجرافيت والكاثودات من أكاسيد الليثيوم، حيث يكون المعدن مزيجًا من الكوبالت والنيكل والمنغنيز والحديد. أقل من خمسة في المئة من بطاريات الليثيوم القديمة المعاد تدويرها اليوم. ونظرًا لوجود ملايين من البطاريات الكهربائيه الضخمة منتهية الصلاحية خلال العشر سنوات القادمة، سوف نقوم بإرسال كمياتٍ ضخمةٍ من نفايات بطاريات سامة قابلة للاشتعال إلى مدافن النفايات. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي هذه النفايات على معادن ثمينة. هناك قلق كبير من أن مخزون المعادن الأساسية مثل الكوبالت والليثيوم تتضاءل وستكون إعادة التدوير هي الحل إذا أردنا مواكبة الطلب على البطارية. تعمل العديد من الشركات ومعظمها في الصين بالفعل على إعادة معالجة البطاريات. ويتطلب هذا مجموعة من الإجراءات الأساسية لسحق البطاريات، ثم يذوبها أو يذيبها في الحمض. وماينتج عنها في النهاية هو معادن منفصلة مثل الكوبالت والليثيوم والنيكل والمنغنيز. بالإضافة إلى استخدام كميات هائلة من الطاقة، فإن تلك الطرق تدمر أكثر الأشياء ذات قيمة في كاثودات البطارية، كما يقول تشنغ تشن، أستاذ الهندسة النانوية في جامعة كاليفورنيا، سان دييغو. وقال إن هذه المادة في شكل جسيمات جميلة ومصممة بشكل جيد مع بنية مجهرية محددة تحدد أداء البطارية "هناك الكثير من الهندسة، والطاقة، والوقت في صنع هذه الهياكل". طور تشن وزملاؤه طرق بسيطة ليحفظ تلك البنية المجهرية. قام الباحثون أولًا بتدوير خلايا الليثيوم التجارية حتى فقدوا نصف سعة تخزين الطاقة لديهم. قاموا بإزالة المادة الكاثودية من ركيزة رقائق الألمنيوم، ونقعوها في حمام الملح الليثي الساخن. ثم جففوا المحلول للحصول على مسحوق، وسرعان ما تم تسخينه إلى 800 درجة مئوية ثم تم تبريده ببطء شديد. تعيد العملية التركيب الذري لمادة الكاثود وتعيد حقن أيونات الليثيوم فيه. ويستخدم نصف طاقة العمليات التقليدية. وقد صنع الباحثون خلايا بطارية جديدة مع مادة الكاثود المتجددة. وأظهرت كاثودات جديدة نفس سعة تخزين الطاقة، ووقت الشحن، والعمر مثل النسخ الأصلية. تم الإبلاغ عن النتائج في مجلة الكيمياء الخضراء.
تسعى شركتان أخريان إلى تطبيق تقنية "إعادة التدوير المباشر" المماثلة التي تعمل على تجديد مادة الكاثود المهيكلة بالكامل. وتقوم كل من شركة البطارية البديلة "فاراسيس انيرجي" و "بيند" في ولاية أوريغون، "OnTo Technologies" ، بتطوير التكنولوجيا ومحاولة توسيع نطاقها. العمليات كلها مختلفة بعض الشيء عن بعضها البعض. وكما تقول ليندا غينز، محللة أنظمة النقل في مختبر أرجون الوطني "كلما زاد عدد اللاعبين في الساحة، كان ذلك أفضل " وتقول أيضًا " يتطور بسرعة تصميم الكيمياء وخلية بطاريات الليثيوم الأيونية بسرعة. " يمكن ان تتمكن تقنيات إعادة التدوير المباشر من استعادة المنتجات عالية القيمة من تركيبات البطاريات الأحدث". لكن أحد أكبر التحديات التي يواجهها هو إيجاد طرق أفضل لفصل مادة الكاثود عن بقية البطارية - يقوم تشن وفريقه بذلك يدويًا - ويظهر أن العملية موفرة اقتصادية على نطاق واسع. يقوم شين الآن بتكرارعمليته بحيث يمكن استخدامه لأي مادة بطارية ليثيوم. كما يجري محادثات مع شركة صينية لمعالجة البطاريات، مهتمة باعتماد أسلوبه الجديد لإعادة التدوير.
الرابط مصدر المقال
