1. مشاكل التلوث بعد إعادة تدوير فوسفات الحديد الليثيوم
سوق إعادة تدوير بطاريات الطاقة ضخم، ووفقًا لمؤسسات البحث ذات الصلة، من المتوقع أن يصل إجمالي بطاريات الطاقة المستهلكة في الصين إلى 137.4 ميغاواط ساعة بحلول عام 2025.
أخذ بطاريات فوسفات الحديد الليثيومعلى سبيل المثال، هناك طريقتان رئيسيتان لإعادة تدوير واستخدام بطاريات الطاقة المتقاعدة ذات الصلة: إحداهما هي الاستخدام المتتالي، والأخرى هي التفكيك وإعادة التدوير.
يشير الاستخدام المتتالي إلى استخدام بطاريات الطاقة المصنوعة من فوسفات الحديد الليثيوم ذات السعة المتبقية بين 30٪ إلى 80٪ بعد التفكيك وإعادة التركيب، وتطبيقها في المناطق ذات الكثافة المنخفضة للطاقة مثل تخزين الطاقة.
يشير التفكيك وإعادة التدوير، كما يوحي الاسم، إلى تفكيك بطاريات الطاقة المصنوعة من فوسفات الحديد الليثيوم عندما تكون السعة المتبقية أقل من 30٪، واستعادة المواد الخام الخاصة بها، مثل الليثيوم والفوسفور والحديد في القطب الموجب.
يمكن أن يؤدي تفكيك وإعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون إلى تقليل استخراج المواد الخام الجديدة لحماية البيئة، كما أن له قيمة اقتصادية كبيرة، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف التعدين وتكاليف التصنيع وتكاليف العمالة وتكاليف تخطيط خط الإنتاج.
يرتكز تفكيك وإعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون بشكل أساسي على الخطوات التالية: أولاً، جمع وتصنيف بطاريات الليثيوم المستعملة، ثم تفكيكها، وأخيراً فصل المعادن وتكريرها. بعد هذه العملية، يمكن استخدام المعادن والمواد المستخلصة في إنتاج بطاريات جديدة أو منتجات أخرى، مما يوفر تكاليف كبيرة.
إلا أن مجموعة من شركات إعادة تدوير البطاريات، مثل شركة قوانغدونغ بانغبو للتكنولوجيا الدائرية التابعة لشركة نينغدي تايمز القابضة، تواجه جميعها مشكلة شائكة: إذ ينتج عن إعادة تدوير البطاريات مواد ثانوية سامة وتلوثات ضارة. لذا، يحتاج السوق بشكل عاجل إلى تقنيات جديدة للحد من التلوث والسمية في عملية إعادة تدوير البطاريات.
2. اكتشف مختبر لورانس بيركلي الوطني مواد جديدة لحل مشكلات التلوث الناتجة عن إعادة تدوير البطاريات.
أعلن مختبر لورانس بيركلي الوطني (LBNL) في الولايات المتحدة مؤخراً أنهم اكتشفوا مادة جديدة يمكنها إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون المستعملة باستخدام الماء فقط.
تأسس مختبر لورانس بيركلي الوطني عام 1931، وتديره جامعة كاليفورنيا لصالح مكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة الأمريكية. وقد حاز على 16 جائزة نوبل.
المادة الجديدة التي ابتكرها مختبر لورانس بيركلي الوطني تُسمى "المادة الرابطة سريعة التحرر". بطاريات الليثيوم أيون المصنوعة من هذه المادة قابلة لإعادة التدوير بسهولة، وصديقة للبيئة، وغير سامة. كل ما يتطلبه الأمر هو تفكيكها ووضعها في ماء قلوي، ثم رجّها برفق لفصل العناصر المطلوبة. بعد ذلك، تُصفّى المعادن من الماء وتُجفف.
بالمقارنة مع إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون الحالية، التي تتضمن تمزيق البطاريات وطحنها، ثم حرقها لفصل المعادن والعناصر، فإنها تتسم بسمية عالية وأداء بيئي ضعيف. أما المادة الجديدة فهي مختلفة تماماً.
في أواخر سبتمبر 2022، تم اختيار هذه التقنية كواحدة من بين 100 تقنية ثورية تم تطويرها عالميًا في عام 2022 من قبل جوائز البحث والتطوير 100.
كما نعلم، تتكون بطاريات الليثيوم أيون من أقطاب موجبة وسالبة، وفاصل، ومحلول إلكتروليتي، ومواد هيكلية، ولكن كيفية دمج هذه المكونات في بطاريات الليثيوم أيون غير معروفة جيدًا.
في بطاريات الليثيوم أيون، تعتبر المادة اللاصقة مادة أساسية للحفاظ على بنية البطارية.
يتكون الرابط الجديد سريع الإطلاق الذي اكتشفه باحثون من مختبر لورانس بيركلي الوطني من حمض البولي أكريليك (PAA) وبولي إيثيلين إيمين (PEI)، واللذان يرتبطان بروابط بين ذرات النيتروجين المشحونة إيجابياً في PEI وذرات الأكسجين المشحونة سلبياً في PAA.
عند وضع مادة الربط سريعة التحرر في ماء قلوي يحتوي على هيدروكسيد الصوديوم (Na+OH-)، تدخل أيونات الصوديوم فجأة إلى موقع الالتصاق، مما يؤدي إلى فصل البوليمرين. يذوب البوليمران المنفصلان في السائل، مطلقين أي مكونات قطب كهربائي مدمجة.
من حيث التكلفة، عند استخدام هذا اللاصق في تصنيع الأقطاب الموجبة والسالبة لبطاريات الليثيوم، فإن سعره يبلغ حوالي عُشر سعر اللاصقين الأكثر شيوعًا.
تاريخ النشر: 25 أبريل 2023