در دنیای امروز، باتری‌های لیتیوم یون به عنوان “جواهری از تکنولوژی” شناخته می‌شوند که با ویژگی‌های منحصر به فردی همچون چگالی بالای انرژی، عمر بی‌نظیر و بازدهی شگفت‌انگیز، بازار تکنولوژیک و اقتصادی را در دست خود گرفته‌اند.این باتری‌ها به شدت در صنایع مختلفی از جمله لوازم الکترونیکی قابل حمل و وسایل نقلیه برقی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نگاهی به آمارهای زیر بیندازیم :

تولید جهانی باتری لیتیوم یون در دو دهه اخیر به یک طوفان مصرف انرژی تبدیل شده و تنها در سال ۲۰۱۸ بیش از ۱۵۵ گیگاوات ساعت از این باتری‌ها تولید شد. این تولیدات در حدود ۴۰٪ از مصرف جهانی لیتیوم و ۵۳٪ از مصرف کبالت را به عهده داشتند که در صنعت ساخت باتری‌های لیتیوم یون مصرف شد. افزایش روزافزون مصرف این باتری‌ها، نیاز به راهکارهای جدید در زمینه بازیافت و مدیریت منابع را بیش از پیش محسوس کرده است.

اهمیت بازیافت کاتد باتری لیتیوم یون

با گسترش سریع بازار مصرف باتری‌های لیتیوم یون، مقدار ضایعات این حوزه و باتری‌های از رده خارج نیز بیشتر می شود. به طور مثال چین پیش بینی می کند که در سال ۲۰۲۰ حدود 500 هزار تن ضایعات باتری لیتیوم یون تولید کند که این مقدار تقریبا دو برابر سال 2018 می‌باشد.

1. باتری‌های لیتیوم یون فرسوده دارای مقادیر زیادی از فلزات ارزشمند مانند لیتیوم، کبالت، منگنز، مس و آلومینیوم هستند.
2. از طرفی منابع موجود لیتیوم و کبالت جهان با محدودیت مواجه است و تجدید پذیر نمی‌باشند (در مورد منابع لیتیوم تخمین در حدود ۴۰ میلیون تن است) و در آینده باعث افزایش قیمت ماده لیتیوم کبالت اکساید و باتری‌های لیتیوم یونی می شود که توسعه این صنعت را با مشکل جدی مواجه خواهد کرد.
3. همچنین فرایند استخراج مواد اولیه و تولید باتری، آلودگی های زیادی برای محیط زیست ایجاد می کند.

بازیافت کاتد باتری لیتیوم یون به عنوان یک فرصت جدید در راستای حفاظت از محیط زیست و بهره‌وری اقتصادی معرفی می‌شود. اما چگونه ؟

به تازگی، محققان دانشگاه واشنگتن با یک روش نوین و بی‌پیشینه در بازیافت ماده کاتدی لیتیوم کبالت اکساید (LCO) به عنوان قلب باتری لیتیوم یون پیشروی کرده‌اند. این روش نسبت به روش‌های معمول بازیافت، به صورت مستقیم و با استفاده از علم الکتروشیمی، ماده کاتدی را بازسازی کرده و و برای استفاده مجدد آماده می‌سازد

این عملیات به معنای واقعی تعمیر و تجدید حیات کاتد باتری را ممکن می‌کند و در نتیجه، به کاهش آلاینده‌ها و استفاده مجدد از منابع گرانبها کمک می‌کند.

علم الکتروشیمی : علم الکتروشیمی یک رشته علمی است که به مطالعه تعاملات بین مواد شیمیایی و انرژی الکتریکی می‌پردازد. این رشته علمی به بررسی فرآیندهای الکتروشیمیایی، درستی و اصول این فرآیندها، تعیین شرایط بهینه برای انجام آنها، و کاربردهای متعددی که از این فرآیندها در علوم شیمیایی، مهندسی، صنایع، و فناوری‌های مختلف بهره می‌برد، می‌پردازد. در الکتروشیمی، انرژی الکتریکی به مواد شیمیایی اعمال می‌شود، و این مواد در نتیجه واکنش‌های الکتروشیمیایی تبدیل به مواد دیگر می‌شوند. این فرآیندها به طور گسترده در زمینه‌های مختلفی مانند تولید باتری‌ها، تصفیه آب، ساخت فلزات، تهیه مواد شیمیایی، تولید هیدروژن، و دیگر صنایع استفاده می‌شوند.

بازیافت کاتد باتری لیتیوم یون: دو روش مبتکرانه برای حفظ منابع

امروزه، تنها کمتر از ۵٪ از باتری‌های فرسوده بازیافت می‌شوند، اما به تازگی پژوهش‌ها در زمینه بازیافت باتری‌ها به شدت افزایش یافته است. بازیافت و بازسازی مواد می‌تواند به دو روش اصلی انجام پذیرد:

1. بازیافت شیمیایی:

در این روش، با استفاده از فرآیندهای شیمیایی، عناصر ارزشمند کاتد از باتری‌های فرسوده استخراج و فرآوری می‌شوند، سپس به صورت دوباره در خطوط تولید به کاتد باتری تبدیل می‌شوند. این روش با دو معضل اساسی مواجه است:

• هزینه بالای فرآیند
• تولید پساب‌های سمی و آلودگی محیط‌زیست.

با این وجود، این یکی از روش‌های اصلی بازیافت باتری‌های فرسوده است.

2. بازیافت مستقیم:

در روش دیگر که بازیافت مستقیم نام دارد، ماده کاتدی لیتیوم کبالت اکساید به صورت مستقیم بازسازی می‌شود. این روش شامل چند مرحله است:

• ابتدا، با استفاده از محلول Li2SO4، لیتیوم به کاتد تزریق می‌شود.
• سپس با عملیات حرارتی، ساختارهای کریستالی ماده کاتدی ترمیم می‌شوند.
• در نهایت، با روش رسوب‌گذاری الکتریکی، یون‌های لیتیوم از ماده کاتدی جدا شده و بازیافت می‌شوند. این فرآیند به معنای واقعی ترمیم ساختار ماده کاتدی و بازسازی آن به حالت اولیه است.

این روش‌های مبتکرانه نه تنها به حفظ منابع معدنی ارزشمند کمک می‌کنند، بلکه نیز به کاهش آلاینده‌های زیست‌محیطی و ایجاد یک چرخه پایدار در صنعت باتری کمک می‌کنند. آینده تکنولوژی باتری‌های لیتیوم یون با این اقدامات برای ما روشن‌تر و سبز‌تر خواهد بود.

بازیافت باتری‌های لیتیوم یون: پلی میان ارزش‌های اقتصادی و حفاظت از محیط زیست

پژوهش‌های اخیر نشان می‌دهند که در نتیجه بازیافت باتری‌های لیتیوم یون، تنها مقدار اندکی از ظرفیت این باتری‌ها از بین می‌رود. این نتایج اهمیت بزرگی در حوزه مدیریت منابع و حفظ محیط زیست دارند. به واسطه این نتایج:

• صنایع مرتبط با بازیافت باتری‌های لیتیوم یون می‌توانند از روش‌های ارزان‌تر و ساده‌تری برای بازیافت استفاده کنند. این به معنای کاهش هزینه‌ها و تسهیل فرآیند بازیافت است.
• توانایی بازیابی ظرفیت این باتری‌ها به حالت اولیه نزدیک، به کاربران نهایی اجازه می‌دهد تا از باتری‌های بازیافتی با کیفیت مشابه باتری‌های جدید بهره‌برند. این امر می‌تواند انگیزه مصرف کنندگان را برای انتخاب محصولات بازیافتی افزایش دهد.
• از نظر زیست‌محیطی، بازیافت باتری‌های لیتیوم یون به معنای کاهش تخریب منابع طبیعی و استفاده مجدد از مواد ارزشمندی مانند لیتیوم، کبالت، و منگنز است.

چالش‌های بازیافت باتری‌های لیتیوم یون در دنیای انرژی و محیط زیست

1. پیچیدگی فنی: بازیافت باتری‌های لیتیوم یون به دلیل پیچیدگی فنی فرآیندها، تشخیص مواد، و فرآیندهای شیمیایی مربوطه چالش‌های بزرگی را ایجاد می‌کند. این فرآیندها نیازمند تخصص و تجهیزات ویژه‌ای هستند که می‌تواند هزینه‌ها را افزایش دهد.

2. استانداردهای متفاوت: باتری‌های لیتیوم یون متنوعی و با استانداردهای مختلف دارند که ممکن است برای بازیافت به یک استاندارد مشترک تبدیل شوند. این امر نیاز به هماهنگی بین تولیدکنندگان و بازیافت‌کنندگان دارد.

3. حفظ کیفیت: هنگام بازیافت باتری‌ها، مهم است که کیفیت و عملکرد مواد استخراجی حفظ شود تا بتوان از آنها برای تولید باتری‌های جدید استفاده کرد. اگر کیفیت مواد بازیافتی کاهش یابد، این می‌تواند به مشکلات در عملکرد باتری‌های تولیدی منجر شود.

4. مسائل ایمنی: بازیافت باتری‌های لیتیوم یون ممکن است با مسائل ایمنی مرتبط باشد. این باتری‌ها معمولاً مواد شیمیایی خطرناکی مانند لیتیوم و الکترولیت‌های قابل اشتعال دارند که در فرآیند بازیافت باید با ایمنی کامل مدیریت شوند.

5. هزینه‌های بازیافت: فرآیند بازیافت باتری‌های لیتیوم یون نیازمند هزینه‌های مالی قابل توجهی است. این هزینه‌ها شامل هزینه‌های تجهیزات، نیروی انسانی، انرژی، و مواد شیمیایی است. بنابراین، ایجاد اقتصادی در این زمینه نیازمند بهبود فرآیندها و کاهش هزینه‌ها است.

با وجود این چالش‌ها، بازیافت باتری‌های لیتیوم یون اهمیت بسیاری از نظرات به حفظ منابع طبیعی، کاهش آلودگی محیط زیست، و استفاده مجدد از مواد ارزشمند می‌آورد و تلاش‌های متعددی برای بهبود فرآیندهای بازیافت و کاهش هزینه‌ها در این زمینه در حال انجام است.