رویکرد جدید “درمان هدفمند” مواد باتری تخلیه شده را جوان می کند


با افزایش استقبال از وسایل نقلیه الکتریکی ، نیاز به بازیافت باتری در کنار آن نیز افزایش می یابد. به طور معمول ، بازیافت شامل تجزیه باتری به قطعات شیمیایی خالص است که می تواند برای مواد باتری کاملاً جدید بازیافت شود. اما اگر – حداقل برای برخی از مواد شیمیایی باتری – بیش از حد باشد ، چه می شود؟

یک مطالعه جدید به رهبری پانپان ژو از دانشگاه کالیفرنیا ، سن دیگو ، تکنیک کاملاً متفاوتی را برای باتری های لیتیوم-آهن-فسفات (LFP) نشان می دهد. این پر انرژی ترین نوع باتری لیتیوم یون نیست ، اما مقرون به صرفه و با دوام است. (این همان شیمی است که تسلا می خواهد به آن اعتماد کند ، به عنوان مثال ، برای وسایل نقلیه با برد کوتاه و باتری های اصلی.) قیمت پایین در هر دو جهت کاهش می یابد – مواد ارزان تر به معنای سود کمتر از بازیافت است. اما جوان سازی مواد کاتدی لیتیوم-آهن-فسفات بدون شکستن و شروع در ابتدا ممکن به نظر می رسد.

ایده پشت این مطالعه متکی به دانش چگونگی کاهش ظرفیت باتری LFP است. در سمت کاتد ، ساختار بلوری مواد با گذشت زمان تغییر نمی کند. در عوض ، یون های لیتیوم به طور فزاینده ای قادر به یافتن راه خود در شکاف های کریستال در هنگام تخلیه باتری نیستند. اتم های آهن می توانند حرکت کرده و جای خود را بگیرند و مسیر لیتیوم را ببندند. اگر بتوانید اتمهای آهن را ترغیب کنید تا به مکانهای تعیین شده خود بازگردند و با اتمهای لیتیوم دوباره جمعیت شوند ، می توانید یک ماده کاتدی داشته باشید که به معنای واقعی کلمه “به اندازه جدید” باشد.

برای آزمایش روشی برای انجام این تنظیم مجدد ، محققان باتری های تجاری را گرفتند و آنها را شارژ و تخلیه کردند تا اینکه باتری ها نیمی از ظرفیت خود را از دست دادند. (کاهش ظرفیت به 80 درصد اغلب نشانگر پایان عمر است.) محققان سپس باتری ها را جدا کرده و گرد و غبار کاتدی LFP را جمع می کنند.

“رهایی”

اولین مرحله “آزاد کردن” است – غسل دادن پودر برای چندین ساعت در محلول گرم شده لیتیوم ، که همچنین شامل کمی اسید سیتریک است. دمای گرم (حدود 80 درجه سانتیگراد / 175 درجه فارنهایت) و اسید سیتریک به اتمهای آهن کمک می کند تا در شبکه بلوری به خانه های خود برگردند و به یون های لیتیوم کمک می کنند تا به محل خود برگردند.

پس از شستشو و خشک کردن پودر ، تیم کاتدهای جدید ساخته شده با مواد بازیافتی را آزمایش کرد. اما در حالی که این ظرفیت “مانند جدید” را نشان می داد ، بسیار سریع در حال تجزیه بود. بنابراین محققان مرحله دوم این فرآیند را اضافه کردند: پخت پودر خشک در دماهای بسیار بالاتر.

برای چندین ساعت ، پودر جوان شده تا دمای 600 درجه سانتیگراد (1112 درجه فارنهایت) گرم شد ، برای مدتی در آنجا نگه داشته شد و سپس خنک شد. این باعث بهبود نظم و ثبات ساختار کریستال در ذرات گرد و غبار می شود و کاتدهای ساخته شده پس از این فرآیند ظرفیت خود را با 300 چرخه شارژ برابر با ظرفیت جدید حفظ می کنند.

فرآیند بازیافت مستقیم ممکن است برخی از مراحل را از دست بدهد ، اما محصول با ارزش تری باقی می گذارد.
بزرگنمایی / فرآیند بازیافت مستقیم ممکن است برخی از مراحل را از دست بدهد ، اما محصول با ارزش تری باقی می گذارد.

این فرایند “بازیافت مستقیم” از مزیت اقتصادی بالایی نسبت به روش های معمول برخوردار است. محققان می گویند این ماده 80-90 درصد انرژی کمتری مصرف می کند و بنابراین با حدود 75 درصد انتشار گازهای گلخانه ای کمتر همراه است. برای باتری های LFP ، محققان تخمین می زنند که فرآیندهای هیدرومتالورژی (مبتنی بر مواد محلول و جداسازی شیمیایی) با ضرر خالص حدود 40/1 دلار در هر کیلوگرم اتفاق می افتد. فرآیندهای پیرومتالورژی (که با ذوب شدن همه چیز شروع می شود) حتی بدتر هستند و هزینه هر کیلوگرم حدود 2.60 دلار است. اما فرآیند بازیافت مستقیم محققان می تواند سودآور باشد و در هر کیلوگرم چیزی بیش از 1 دلار درآمد کسب کنید.

این روش ممکن است محدود به باتری های LFP نباشد. محققان به ویژه از مواد شیمیایی اکسید لیتیوم-منگنز به عنوان یک کاندیدای احتمالی نام می برند. این نوع رایج دیگری از باتری های لیتیوم یونی است که در بسیاری از برنامه ها استفاده می شود.

مانند هر فناوری آزمایشگاهی ، مطمئناً با چالش هایی روبرو خواهیم شد تا آنها را به یک کارخانه بازیافت تجاری تبدیل کنید. اما اگر این کار انجام شود ، این روش می تواند به گسترش طیف وسیعی از باتری های قابل بازیافت اقتصادی و کاهش وابستگی به عملکرد برای تأمین مواد اولیه کمک کند.

ژول ، 2020. DOI: 10.1016 / j.joule.2020.10.008 (برای DOI).


منبع: khabar-tak.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*