تمت مراجعة هذه المقالة وفقًا لإجراءات وسياسات التحرير في مجلة ساينس إكس. وقد ركّز المحررون على الصفات التالية مع ضمان سلامة المحتوى:
تتراكم بطاريات الليثيوم أيون المُهدرة من الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وعدد متزايد من المركبات الكهربائية، إلا أن خيارات إعادة التدوير لا تزال تقتصر إلى حد كبير على حرق البطاريات التالفة أو إذابتها كيميائيًا. وقد تُسبب الطرق الحالية مشاكل بيئية، ويصعب إنتاجها اقتصاديًا على نطاق صناعي.
تُعيد العمليات التقليدية تدوير بعض مواد البطاريات، وتعتمد على القلويات الكاوية والأحماض غير العضوية والمواد الكيميائية الخطرة التي قد تُسبب شوائب. كما يتطلب استخلاص المعادن الأساسية عمليات فصل وترسيب معقدة. ومع ذلك، فإن إعادة تدوير معادن مثل الكوبالت والليثيوم يُمكن أن يُقلل من التلوث والاعتماد على المصادر الأجنبية ويُعيق سلاسل التوريد.
أتقن باحثون في مختبر أوك ريدج الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية طريقةً لإذابة البطاريات في محلول سائل لتقليل كمية المواد الكيميائية الخطرة المستخدمة في هذه العملية. نُشر بحثهم في مجلة Energy Storage Materials.
إن الحل البسيط والفعال والصديق للبيئة الذي طوره باحثو مختبر أوك ريدج الوطني يتغلب على العقبات الرئيسية التي واجهتها الطرق السابقة.
تُنقع البطاريات المستعملة في محلول من حمض الستريك العضوي (الموجود طبيعيًا في الحمضيات) المذاب في إيثيلين جليكول، وهو مضاد للتجمد يُستخدم عادةً في المنتجات الاستهلاكية مثل الدهانات ومستحضرات التجميل. يأتي حمض الستريك من مصادر مستدامة، وهو أكثر أمانًا في التعامل معه من الأحماض غير العضوية. يوفر هذا المحلول الصديق للبيئة عملية فعّالة للغاية لفصل وإعادة تدوير المعادن في القطب الموجب الشحنة للبطارية، والذي يُسمى الكاثود.
قال ياوكاي باي، عضو فريق أبحاث البطاريات في مختبر أوك ريدج الوطني: "نظرًا لاحتواء الكاثود على مواد أساسية، فهو أغلى جزء في أي بطارية، حيث يمثل أكثر من 30% من تكلفتها". وأضاف: "يمكن لنهجنا أن يخفض تكاليف البطاريات بمرور الوقت". أُجريت الدراسة في منشأة تصنيع البطاريات التابعة لمختبر أوك ريدج الوطني، وهي أكبر منشأة مفتوحة لأبحاث وتطوير البطاريات في الولايات المتحدة.
تتيح تقنية المعالجة المُطوّرة هناك استخلاص ما يقارب 100% من الكوبالت والليثيوم من الكاثود دون إدخال شوائب إلى النظام. كما أنها قادرة على فصل محاليل المعادن بفعالية عن البقايا الأخرى. والأهم من ذلك، أن وظيفتها الثانوية هي استعادة أكثر من 96% من الكوبالت في غضون ساعات قليلة دون إضافة مواد كيميائية إضافية، وهي عملية يدوية معقدة غالبًا لموازنة مستويات الحموضة.
قال الباحث الرئيسي لو يو: "هذه هي المرة الأولى التي يغطي فيها نظام حل واحد وظائف الاستخلاص والمعالجة. كان من المثير للاهتمام أن نجد أن الكوبالت ترسب واستقر دون أي اضطراب إضافي. لم نتوقع هذا".
إن الاستغناء عن المواد الكيميائية الإضافية يُخفّض التكاليف ويُجنّب توليد المنتجات الثانوية أو النفايات الثانوية. وصرح إلياس بلهرواق، الباحث المؤسسي ومدير قسم الكهرباء في مختبر أوك ريدج الوطني: "نحن متحمسون لأن عملية إعادة التدوير هذه التي طوّرها علماؤنا ستمهد الطريق لإعادة تدوير أوسع لمواد البطاريات الأساسية".
وقال باي إن خصائص استخلاص حمض الستريك وإيثيلين جلايكول تمت دراستها من قبل، ولكن هذه الطريقة تستخدم المزيد من الأحماض ودرجات حرارة أقل وكانت أقل فعالية.
قال باي: "لقد فوجئنا بسرعة خروجه من المحلول. عادةً ما يستغرق الأمر من ١٠ إلى ١٢ ساعة مع الأحماض العضوية، لكن هذا المحلول لم يستغرق سوى ساعة واحدة". كما أن المحاليل التقليدية التي تستخدم الأحماض غير العضوية أبطأ لأنها تحتوي على الماء، الذي تُحدّ درجة غليانه من درجة حرارة التفاعل.
لمزيد من المعلومات: لو يو وآخرون، الفصل الفعال والترسيب المشترك لإعادة تدوير الكاثود المبسط، مواد تخزين الطاقة (2023). DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103025
إذا واجهتَ خطأً مطبعيًا أو عدم دقة، أو رغبتَ في تقديم طلب لتعديل محتوى هذه الصفحة، يُرجى استخدام هذا النموذج. للاستفسارات العامة، يُرجى استخدام نموذج الاتصال. وللتعليقات العامة، يُرجى استخدام قسم التعليقات العامة أدناه (اتبع الإرشادات).
ملاحظاتكم تهمنا للغاية. مع ذلك، نظرًا لكثرة الرسائل، لا يمكننا ضمان ردّ مُخصّص.
يُستخدم عنوان بريدك الإلكتروني فقط لإعلام المُرسِل. لن يُستخدم عنوانك أو عنوان المُرسِل لأي غرض آخر. ستظهر المعلومات التي تُدخلها في بريدك الإلكتروني، ولن تُخزّنها شركة Tech Xplore بأي شكل من الأشكال.
يستخدم هذا الموقع ملفات تعريف الارتباط (الكوكيز) لتسهيل التصفح، وتحليل استخدامك لخدماتنا، وجمع بيانات تخصيص الإعلانات، وتوفير محتوى من جهات خارجية. باستخدامك موقعنا، فإنك تُقر بقراءتك وفهمك لسياسة الخصوصية وشروط الاستخدام الخاصة بنا.