طريقة جديدة لإعادة تدوير المواد داخل بطاريات الليثيوم أيون منخفضة التكلفة ومستدامة
دعم إعادة التدوير واسعة النطاق وعالي الكفاءة للمواد باهظة الثمن والمطلوبة
تعمل بطاريات الليثيوم أيون (LIBs)، التي تخزن الطاقة من خلال الاستفادة من التخفيض العكسي لأيونات الليثيوم، على تشغيل معظم الأجهزة والإلكترونيات الموجودة في السوق اليوم.
نظرًا لنطاقها الواسع من درجات حرارة التشغيل، وعمرها الطويل، وصغر حجمها، وأوقات الشحن السريعة، والتوافق مع عمليات التصنيع الحالية، يمكن لهذه البطاريات القابلة لإعادة الشحن أن تساهم بشكل كبير في صناعة الإلكترونيات، مع دعم الجهود المستمرة نحو حياد الكربون.
تعد إعادة التدوير بأسعار معقولة وصديقة للبيئة للبطاريات LIBs المستخدمة هدفًا مطلوبًا منذ فترة طويلة في قطاع الطاقة، لأنه من شأنه تحسين استدامة هذه البطاريات، ومع ذلك، فإن الأساليب الحالية غالبًا ما تكون غير فعالة أو باهظة الثمن أو ضارة بالبيئة.
علاوة على ذلك، تعتمد LIBs بشكل كبير على المواد التي أصبحت أقل وفرة على الأرض، مثل الكوبالت والليثيوم.
إن النهج الذي يتيح استخراج هذه المواد بشكل موثوق وفعال من حيث التكلفة من البطاريات المستهلكة من شأنه أن يقلل بشكل كبير من الحاجة إلى مصدر هذه المواد في مكان آخر، مما يساعد على تلبية الطلب المتزايد على LIB.
التحفيز الكهربائي التلامسي
ابتكر الباحثون في الأكاديمية الصينية للعلوم مؤخرًا نهجًا جديدًا يعتمد على ما يسمى بالتحفيز الكهربائي التلامسي، والذي يمكن أن يتيح إعادة تدوير خلايا LIB المستهلكة.
تعمل طريقتهم، التي تم تقديمها في Nature Energy ، على الاستفادة من نقل الإلكترونات الذي يحدث أثناء كهربة التلامس السائل والصلب لتوليد الجذور الحرة التي تبدأ التفاعلات الكيميائية المرغوبة .
وكتب هويفان لي وأندي بيربيل وزملاؤهما في ورقتهم البحثية: “مع الاتجاه العالمي نحو الحياد الكربوني، فإن الطلب على LIBs يتزايد باستمرار”، “ومع ذلك، فإن طرق إعادة التدوير الحالية لـ LIBs المستهلكة تحتاج إلى تحسين عاجل من حيث الصداقة البيئية والتكلفة والكفاءة، نحن نقترح طريقة تحفيز ميكانيكي، يطلق عليها اسم التحفيز الكهربائي التلامسي، وذلك باستخدام الجذور الناتجة عن كهربة التلامس لتعزيز ترشيح المعادن تحت “الموجات فوق الصوتية، كما أننا نستخدم SiO 2 كمحفز قابل لإعادة التدوير في هذه العملية.”
التوليد المستمر للأكسجين التفاعلي
كجزء من دراستهم الأخيرة، شرع لي وبيربيل وزملاؤهما في استكشاف إمكانية أن يحل الحفز الكهربائي التلامسي محل العوامل الكيميائية المستخدمة عادةً لإعادة تدوير LIBs ، وللقيام بذلك، استخدموا هذه التقنية للحصول على اتصال وفصل مستمر بين السائل والصلب من خلال فقاعات التجويف، تحت موجات الموجات فوق الصوتية.
وقد أتاح ذلك التوليد المستمر للأكسجين التفاعلي من خلال كهربة نقاط الاتصال، ثم قاموا بتقييم فعالية هذه الإستراتيجية لإعادة تدوير الليثيوم والكوبالت في LIBs البالية.
وكتب لي وبيربيل وزملاؤهما في ورقتهم البحثية: “بالنسبة لبطاريات أكسيد كوبالت الليثيوم (III)، وصلت كفاءة الترشيح إلى 100% للليثيوم و92.19% للكوبالت عند 90 درجة مئوية خلال ست ساعات”، “بالنسبة لبطاريات الليثيوم الثلاثية، وصلت كفاءة ترشيح الليثيوم والنيكل والمنغنيز والكوبالت إلى 94.56%، 96.62%، 96.54% و98.39% عند 70 درجة مئوية، على التوالي، خلال ست ساعات.”
في الاختبارات الأولية، حقق النهج الذي اقترحه هذا الفريق من الباحثين نتائج واعدة للغاية، مما سلط الضوء على قدرته على دعم إعادة التدوير منخفضة التكلفة ومستدامة وواسعة النطاق للمواد باهظة الثمن والمطلوبة بشدة داخل LIBs يمكن أن تساعد الدراسات المستقبلية في تحسين هذه الطريقة، مع مواصلة تقييم مزاياها وقيودها، مما قد يمهد الطريق نحو نشرها في بيئات العالم الحقيقي.
وكتب الباحثون في ورقتهم البحثية: “نتوقع أن توفر هذه الطريقة نهجًا صديقًا للبيئة وعالي الكفاءة واقتصاديًا لإعادة تدوير LIB، مما يلبي الطلب المتزايد بشكل كبير على منتجات LIB .
