بازیافت باتری خودرو‌های برقی ممکن شد!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا،پژوهشگران کره‌ای موفق به توسعه یک فرایند نوین و سازگار با محیط‌زیست برای بازیافت باتری‌های خودرو‌های برقی شده‌اند که قادر است بیش از ۹۵ درصد نیکل و کبالت موجود در باتری‌های مستعمل را با خلوص نزدیک به ۱۰۰ درصد استخراج کند. به گزارش UNIST، این دستاورد می‌تواند مسیر صنعت جهانی باتری‌های لیتیوم‌یونی را دگرگون کند.

این روش که توسط تیمی از محققان موسسه ملی علوم و فناوری اولسان (UNIST) طراحی شده، برخلاف فرایند‌های مرسوم بازیافت‌تر دیگر نیازی به اسید‌های قوی و مراحل پیچیده استخراج شیمیایی ندارد. فناوری جدید بر پایه یک جداسازی انتخابی الکتروشیمیایی و با استفاده از یک حلال ویژه چندمنظوره عمل می‌کند؛ روشی که علاوه بر کاهش هزینه‌ها، تولید پساب‌های خطرناک را نیز به حداقل می‌رساند.

پژوهشگران می‌گویند بازیافت باتری‌های لیتیوم‌یونی که به دلیل دارا بودن مقادیر قابل‌توجهی از فلزات راهبردی مانند نیکل، کبالت و منگنز به معدن شهری مشهورند به دلیل حضور هم‌زمان چندین فلز همواره با دشواری جداسازی مواجه بوده است. در روش‌های مرسوم، استفاده از اسید سولفوریک و مراحل متعدد استخراج شیمیایی، علاوه بر هزینه‌بر بودن حجم زیادی از پسماند‌های خطرناک تولید می‌کند.

برای غلبه بر این چالش محققان UNIST از نوعی حلال ویژه به نام حلال یوتکتیک عمیق (DES) استفاده کردند. در این مطالعه حلالی به نام اتالین که ترکیبی از اتیلن‌گلیکول و یون‌های کلرید است، به کار گرفته شد. اتیلن‌گلیکول مایعی بی‌رنگ و بدون بو که در ضدیخ خودرو نیز کاربرد دارد قابلیت اتصال انتخابی به یون‌های نیکل را دارد و در مقابل، یون‌های کلرید با تشکیل کمپلکس‌های تتراکلروکبالتات، یون کبالت را پایدار می‌کنند. این تفاوت در رفتار هماهنگی فلزی، ولتاژ کاهش دو فلز را از یکدیگر جدا و فاصله‌گذاری می‌کند.

به گفته محققان این ویژگی باعث شد نیکل در ولتاژ منفی ۰٫۴۵ ولت و کبالت در منفی ۰٫۹ ولت رسوب کند؛ اختلافی که امکان جداسازی دقیق و کارآمد این دو فلز را فراهم می‌کند.

نتایج نشان داد اختلاف ولتاژ میان نیکل و کبالت حتی در دمای بالا ۸۵ درجه سانتی‌گراد نیز پایدار باقی ماند. این دوام حرارتی موجب شد ضریب جداسازی نیکل کبالت به بیش از ۳۰۰۰ برسد و بازیابی نیکل از محلول‌های آزمایشگاهی به بیش از ۹۷ درصد افزایش یابد.

در مرحله بعد این روش بر روی محلول‌های واقعی استخراج‌شده از باتری‌های نیکل کبالت منگنز (NCM) آزمایش شد. نتایج نشان داد که فرایند توانسته است نیکلی با خلوص ۹۹٫۱ درصد و کبالت با خلوص ۹۸٫۸ درصد به دست آورد؛ آن هم در حالی که نرخ بازیابی هر دو فلز بیش از ۹۵ درصد باقی مانده است.

این فناوری همچنین یک مزیت کلیدی دیگر دارد: الکترودیپوزیشن. در این فرآیند که طی آن فلز به صورت لایه‌ای روی سطح جامد رسوب می‌کند، کلرین به طور طبیعی در داخل حلال تشکیل می‌شود و بدون نیاز به مراحل اضافی، موجب خالص‌سازی بیشتر نیکل می‌گردد. محلول حاوی کلر پس از خنثی‌سازی قابل استفاده مجدد است و همین موضوع اثرات زیست‌محیطی و هزینه‌های عملیاتی را کاهش می‌دهد.

به گفته کی‌ویونگ کیم، استاد مهندسی محیط‌زیست در UNIST این روش نه‌تنها میزان مصرف مواد شیمیایی و حجم پساب را کاهش می‌دهد بلکه یک مسیر پایدار و مقرون‌به‌صرفه برای بازیافت باتری‌ها ارائه می‌کند. این پژوهش با حمایت وزارت آموزش کره جنوبی، بنیاد ملی تحقیقات کره و UNIST انجام شده و نتایج آن در نشریه Energy Storage Materials منتشر شده است.