آیا خرد‌کردن باتری‌های لیتیومی به بازیافت آن‌ها کمک می‌کند؟

خرد کردن باتری‌های کهنه شاید بتواند راهی کم‌انرژی برای بازیافت لیتیم و دیگر فلزات درون آن‌ها باشد.

باتری‌های یون لیتیم در تمام ابزارهای تکنولوژی شخصی ما کاربرد دارند، مانند گوشی‌ها، لپتاپ‌ها و هدفون‌های بی‌سیم و حتی خودروهای برقی. بدون آن‌ها زندگی ما چهره‌ای بسیار متفاوت داشت.

لیتیم درون باتری‌های قابل شارژ مجدد درحال‌حاضر با گرم‌کردن و رساندن آن‌ها به دماهای بالا یا تصفیه آن‌ها با اسیدهای غلیظ و حلال‌های ارگانیک انجام می‌شود. تخمین‌های لیتیم بازیافت‌شده متفاوت هستند، اما محاسبات «هانس اریک ملین» (Hans Eric Melin) نشان می‌دهد که احتمالاً ۱۵ درصد فلز درون باتری‌ها بازیافت می‌شود.

«اولکساندر دولوتکو» (Oleksandr Dolotko)، دانشمند مواد در انستیتوی تکنولوژی کارلسروهه در آلمان و همکارانش از مکانوشیمی (آغاز یک فرایند شیمیایی با نیروی مکانیکی ناشی از خرد یا آسیاب‌کردن) برای بازیابی لیتیم از باتری‌های یون لیتیم استفاده کردند.

چنین باتری‌هایی حاوی ترکیبات لیتیم و فلزاتی دیگر مانند کبالت و نیکل هستند. گرچه عرضه این فلزات به‌طور بحرانی پایین نیامده است، بازیافت آن‌ها مهم‌تر می‌شود؛ زیرا ابزارهای باتری‌دار به‌عنوان بخشی از برنامه دورشدن از انرژی سوخت‌های فسیلی رایج‌تر می‌شوند. هدف اتحادیه اروپا این است که تا سال ۲۰۳۱، ۸۰ درصد لیتیم تمام باتری‌ها را بازیافت کند.

تیم دولوتکو دو روش برای استخراج با نرخ‌های موفقیت متفاوت توسعه داد. آن‌ها ابتدا ماده کاتد را از یک باتری لیتیم کبالت اکسید جدا و آن را با مقدار برابر فویل آلومینیم ترکیب کردند. باتری‌های معمولی آلومینیم دارند که آن را به‌عنوان «هادی جریان» استفاده می‌کنند تا اجازه دهد الکترون‌ها از باتری خارج شوند.

پژوهشگران این ترکیب‌ها را با یک خردکن که آسیاب توپی نام دارد، خرد کردند. بعد از سه ساعت، آلومینیم با ماده کاتدی واکنش داده بود و مخلوطی نامحلول از اکسیدهای آلومینیم به‌وجود آورده بود، همچنین کبالت فلزی و اکسیدهای حلال لیتیم.

یک روش جداسازی به‌نام لیچینگ مبتنی بر آب و سپس خالص‌سازی ترکیب لیتیم بازیافت‌شده را تولید کرد: لیتیم کربنات، که می‌تواند برای ساخت باتری‌های بیشتر استفاده شود.

اما این واکنش‌ها تنها ۳۰ درصد از فلز را بازیافت کردند. دولوتکو می‌گوید: «جایی لیتیم از دست رفته بود.» پس تیم دولوتکو آزمایش خود را اصلاح کردند. نسخه دوم قدم‌های کمتری داشت و آن‌ها ترکیب خارج‌شده از آسیاب توپی را با آب گرم کردند. این از تولید اکسیدهای نامحلول آلومینیم که لیتیم را حبس می‌کنند، جلوگیری کرد.

تیم هر دو روش را با مواد کاتد متفاوت درون باتری‌ها تست کرد، همچنین با ترکیبی از کاتدها. فرایند بهبودیافته ۷۵ درصد لیتیم را از یک ترکیب مواد کاتد بازیافت کرد.

دولوتکو می‌گوید مکانوشیمی معمولاً در فرایندهای شیمی تجاری استفاده نمی‌شود و این که دقیقاً نیروی مکانیکی چگونه واکنش‌های شیمیایی را فعال می‌کند به‌طور کامل فهمیده نشده است. او می‌گوید: «واقعاً سخت است که بگوییم چگونه این اتفاق می‌افتد.» شاید دما در نقاطی از آزمایش افزایش می‌یابد یا اصطکاک، محصولاتی واسطه‌ای تولید می‌کند. اما همان‌طور که او انتظار داشت، آسیاب‌کردن باعث شد آلومینیم به‌عنوان یک عامل کاهنده عمل کند.

ملین، رییس Circular Energu Storage (یک سازمان مشاوره در لندن که روی بازار پایان عمر باتری‌های یون لیتیوم متمرکز است) می‌گوید فرایند بازیافت مکانوشیمیایی یک نمایش در مقیاس یک آزمایشگاه کوچک است و بیشتر اثبات اصل به‌شمار می‌آید تا یک تکنولوژی انقلابی.

او اشاره می‌کند که بازیافت باتری پیچیده‌تر از توسعه ساده یک تکنیک است و به همان اندازه یک مسئله اقتصادی است درباره مواد خام و جمع‌آوری تکنولوژی‌هایی که از باتری‌ها استفاده می‌کنند؛ مانند خودروهای برقی.

ملین می‌گوید: «ما امروز در موقعیتی هستیم که واقعاً نمی‌دانیم لیتیم که سال ۲۰۳۰ نیاز داریم از کجا خواهد آمد.»

دولوتکو می‌گوید فرصت‌هایی برای بهبود فرایند وجود دارد و او هم‌زمان درحال کار برای استخراج دیگر مواد از باتری‌هاست ازجمله کبالت و نیکل.