دستیابی به روش جدید بازیافت باتری که تا ۹۰ درصد انرژی کمتری مصرف می‌کند

بسیاری از باتری‌های لیتیومی کنونی از فلز نادر و گرانبهای «کبالت» به عنوان کاتد استفاده می‌کنند که استخراج آن‌ها دردسرهای زیادی برای محیط زیست به همراه دارد. یکی از جایگزین‌های مناسب این فلز، «لیتیوم آهن فسفات» نام دارد که اخیرا دانشمندان به روش جدیدی برای بازیافت آن دست پیدا کرده‌اند.

پژوهش جدید توسط مهندسان نانو در دانشگاه «کالیفرنیا، سن دیگو» صورت گرفته و روی تکنیک‌های بازیافت برای باتری‌های با کاتد از جنس لیتیوم آهن فسفات تمرکز کرده است. با عدم استفاده از فلزات سنگین مانند نیکل و کبالت، از نابودی منابع آب در محل استخراج آن‌ها جلوگیری می‌شود و کارگران نیز در معرض خطر قرار نمی‌گیرند.

خطراتی که کبالت برای محیط زیست به همراه دارد، باعث شده شرکت‌ها به دنبال طراحی جایگزین باتری باشند که از میان آن‌ها میان به تسلا و IBM اشاره کرد. امسال خودروی تسلا مدل ۳ با باتری لیتیوم آهن فسفات وارد بازار شد. این باتری‌ها ایمن‌تر هستند، طول عمر بالاتری دارند و هزینه ساخت آن‌ها نیز پایین‌تر است، با این حال بازیافت آن‌ها هزینه بالایی طلب می‌کند.

«ژنگ چن»، استاد مهندسی نانو در دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو در این زمینه اعلام کرده:

«بازیافت آن‌ها صرفه اقتصادی ندارد و مشابه پلاستیک‌ها هستند که می‌توان با هزینه پایینی آن‌ها را تولید کرد، اما روش‌های بازیافت آن‌ها ارزان نیستند.»

فرایند بازیافت جدید محققان روی دو مکانیزم افت عملکرد باتری‌های لیتیوم فسفات آهن متمرکز شده است. با از دست رفتن یون‌های لیتیوم، درون کاتد فضاهای خالی ایجاد می‌شود و یون‌های آهن و لیتیوم در ساختار کریستالی جای خود را تغییر می‌دهند. این فرایند یون‌های لیتیوم را به دام می‌اندازد و مانع از حرکت لیتیوم درون باتری می‌شود.

محققان برای پژوهش خود یک باتری لیتیوم آهن فسفات تجاری را تهیه و نیمی از ظرفیت آن را خالی کردند. آن‌ها سپس سلول‌های باتری را جدا کرده و پودر حاصله را درون یک محلول با نمک لیتیوم و اسید سیتریک قرار دادند. پژوهشگران این ماده را خشک کرده و در دمای ۶۰ تا ۸۰ درجه سلسیوس گرم کردند.

این پودر به یک کاتد جدید تبدیل شد و درون باتری‌های سکه‌ای مورد آزمایش قرار گرفت. تیم با این آزمایش متوجه شد که عملکرد آن را می‌توان به حالت اولیه بازگرداند، چرا که این فرایند نه تنها ذخایر یون‌های لیتیوم را دوباره پر می‌کند، بلکه به علت استفاده از اسید سیتریک امکان قرارگیری یون‌های لیتیوم و آهن در محل اصلی خود در ساختار کاتد را نیز فراهم می‌کند.

طبق اعلام این تیم، روش جدید به ۸۰ تا ۹۰ درصد انرژی کمتری در مقایسه با فرایندهای کنونی بازیافت باتری‌های لیتیوم آهن فسفات نیاز دارد و ۷۵ درصد گاز گلخانه‌ای کمتر منتشر می‌کند. نتیجه کار محققان در ژورنال «Joule» به چاپ رسیده است.