امروزه با گسترش بیوقفه استفاده از وسایل نقلیه الکتریکی (EV) و دستگاههای دیجیتال قابل حمل، ضرورت مدیریت پایدار باتریهای لیتیوم یونی مستهلک بیشتر از هر زمان دیگری حس میشود. فرآیندهای سنتی بازیافت این باتریها غالباً پرهزینه و انرژیبر هستند و به تخریب کامل سلولهای باطری برای استخراج مواد خام ارزشمند منجر میشوند. نکته جالب این است که بسیاری از این باتریها تنها به دلیل کاهش ظرفیتشان از دور خارج میشوند.
معرفی تکنیک DEER؛ روش نوین بازیافت باتریهای لیتیوم یونی
محققان دانشگاه کرنل یک تکنیک نوآورانه و بهصرفه برای بازیافت باتریهای لیتیوم یونی مستهلک طراحی کردهاند که تحت عنوان احیای مستقیم الکترود به الکترود (یا Direct Electrode-to-Electrode Regeneration) یا به اختصار DEER شناخته میشود. این فرآیند بر خلاف روشهای سنتی که کل باتری را از بین میبرند، تأکیدش بر احیای شیمیایی الکترودهای داخلی است. باتریهای لیتیوم یونی معمولاً زمانی که ظرفیت آنها به حدود ۷۰ تا ۸۰ درصد ظرفیت اولیهای که داشتند کاهش پیدا میکند، «پایان عمر» در نظر گرفته میشوند، در حالی که بسیاری از اجزای کلیدی آنها هنوز استفادهپذیر هستند. روش DEER بهطور شیمیایی لایه SEI (یا Solid Electrolyte Interphase) را که روی الکترودها انباشته میشود و مانع انتقال الکترونها میشود، حذف کرده و به این ترتیب، توانایی بازگشت ظرفیت باتریها تا ۹۵ درصد از ظرفیت اولیه آنها را فراهم میآورد.
مزایای تکنیک DEER و بهبود عملکرد باتریها
فرآیند DEER با غوطهور کردن الکترودهای باتری در یک حمام الکتروشیمیایی حاوی یک محلول خاص به نام ۱،۳-دیمتیل-۲-ایمیدازولیدینون (DMI)، پروسه احیا را انجام میدهد. این روش نه تنها به معکوس کردن رشد لایه SEI کمک میکند، بلکه همچنین منجر به تشکیل یک لایه نازک فلوراید لیتیوم روی الکترودها میشود که سرعت رشد SEI را در سیکلهای بعدی کاهش میدهد. پژوهشگران دریافتند که نرخ نابودی باتریها پس از احیا با DEER از ۰.۰۷۲ درصد در هر چرخه به تنها ۰.۰۴۲ درصد کاهش مییابد. باتریهای احیا شده قادر به حفظ عملکرد مطلوب برای ۸۰۰ چرخه پیش از آنکه نرخ نابودی دوباره افزایش یابد، هستند. به علاوه، این فرآیند قابلیت تکرار دارد و یک دور احیای دیگر میتواند باتری را تا ۹۰ درصد ظرفیت اصلیاش برگرداند. این تکنیک، بازیافت باتری را از مرحلهای از استخراج منابع به یک فرآیند بازسازی تبدیل میکند که زمان، انرژی و تلاشی که برای حفظ چرخه پایداری نیاز است، بهشدت کاهش میدهد.
چالشها و آینده تکنیک DEER در بازیافت باتریهای EV
با وجود موفقیتهای چشمگیر، روش DEER نمیتواند بهعنوان جایگزینی جامع برای تمام تکنیکهای موجود در زمینه بازیافت باتریهای لیتیوم یونی تلقی شود. این روش عمدتاً برای باتریهایی مناسب است که ظرفیت خود را بهدلیل تجمع لایه SEI از دست دادهاند و نه آسیبهایی که به خاطر از بین رفتن لیتیوم، ترکخوردن ذرات یا آسیبهای مکانیکی ایجاد میشود. بنابراین، تکنیک DEER بیشتر بر بازیافت باتریهای وسایل نقلیه الکتریکی (EV) تمرکز دارد که در ۷۰ تا ۸۰ درصد ظرفیت اولیه خود از رده خارج میشوند.
تزریق مستقیم الکترولیت DMI به سلول باتری برای احیا بدون جداسازی، نتایج مطلوبی به همراه نداشته است؛ بنابراین DEER به جداسازی، فرآوری و شستشوی الکترودهای مستهلک نیاز دارد. اگرچه این فرآیند در شرایط آزمایشگاهی به خوبی عمل میکند، اما تکرار آن در مقیاس وسیع چندان آسان نخواهد بود. محققان برآورد میکنند که هزینه بازیافت به روش DEER حدود ۱۵.۲۵ دلار به ازای هر کیلوگرم خواهد بود که در مقایسه با ۲۶.۳۱ دلار برای روشهای پیرومتالورژی و هیدرومتالورژی مرسوم، به مراتب اقتصادیتر است. با پیشرفت فناوری، احتمال بازیافت محلول DMI نیز وجود دارد که میتواند هزینهها را تا ۶۳ درصد دیگر کاهش دهد. با افزایش چشمگیر استفاده از خودروهای برقی، به ویژه در کشورهایی همچون چین که با چالشهای جدی در بازیافت باتری EV مواجه هستند، DEER ممکن است فضایی وسیع و عملی پیدا کند.
نظرات کاربران