بازیافت با حمام الکتروشیمیایی؛ محققان ۹۵ درصد ظرفیت باتری‌های فرسوده را برمی‌گردانند

همان‌طور که یک حمام آب گرم پس از یک روز کاری سخت خستگی شما را از بین می‌برد، دانشمندان روشی یافته‌اند که همین حس تازگی را به باتری‌های فرسوده می‌دهد. محققان دانشگاه کرنل یک حمام الکتروشیمیایی توسعه داده‌اند که باتری‌های لیتیوم‌یونی مستهلک را بدون نیاز به بازیافت مخرب، تقریباً تا ۹۵ درصد ظرفیت اولیه احیا می‌کند. این نوآوری جذاب عمر باتری‌ها را بسیار افزایش می‌دهد و درعین‌حال هزینه‌های بازیافت، آلودگی و مصرف آب را پایین می‌آورد.

محققان دانشگاه کرنل در این روش نوین، الکترودهای باتری را بدون هیچ‌گونه تخریب فیزیکی درون یک محلول الکتروشیمیایی خاص غوطه‌ور می‌کنند تا لایه‌های مزاحم را از بین ببرند. در باتری‌های لیتیوم‌یونی با گذشت زمان و پس از صدها چرخه شارژ، لایه ضخیمی به نام فاز میانی الکترولیت جامد (SEI) روی الکترودها تشکیل می‌شود. اگرچه وجود یک لایه نازک از این ماده برای عملکرد باتری ضروری است، اما ضخیم‌شدن بیش از حد آن مقاومت را افزایش می‌دهد و ظرفیت باتری را می‌خورد.

روش‌های سنتی بازیافت، باتری‌ها را با صرف انرژی فراوان خرد و پودر می‌کنند تا مواد معدنی آن‌ها را برای ساخت الکترودهای جدید استخراج کنند. اما در فرایند جدید که محققان آن را احیای مستقیم الکترود به الکترود (DEER) می‌نامند، دانشمندان باتری را می‌شکافند و الکترودهای سالم را درون محلولی از ماده شیمیایی خاصی قرار می‌دهند. این محلول لایه ضخیم و مزاحم را حل و الکترودهای تازه را برای استفاده در یک باتری جدید آماده می‌کند.

حمام الکتروشیمیایی برای احیای باتری‌های لیتیومی

این روش با حذف مراحل پیچیده استخراج مواد معدنی، هزینه‌های ساخت سلول‌های بازیافتی را تا ۵۶ درصد کاهش می‌دهد و آسیب‌های زیست‌محیطی را به حداقل می‌رساند. محققان تأثیرات اقتصادی و زیست‌محیطی این فرآیند را نیز تحلیل کردند. نتایج نشان می‌دهند که این روش در مقایسه با بازیافت سنتی، آلاینده‌های مضر هوا و مصرف آب را بسیار کاهش می‌دهد.

READ  احتمال همکاری ایران خودرو و مپنا برای ساخت خودرو برقی ملی

محققان می‌گویند آنها باتری‌ها را بدون خرد‌کردن تعمیر می‌کنند و با بازگرداندن ۹۵ درصد از ظرفیت اولیه، چرخه بازیافت را کوتاه و بهینه می‌سازند. این فرایند همچنین یک لایه محافظ نازک فلوراید لیتیوم روی الکترود به جا می‌گذارد که از تخریب‌های آینده جلوگیری می‌کند.

زمانی که محققان متوجه شدند باتری احیاشده پس از یک دوره کارکرد طولانی دوباره دچار رسوب می‌شود، فرایند احیا را مجدداً روی آن اجرا کردند. نتایج حیرت‌انگیز بود؛ زیرا این باتری در زندگی سوم خود و پس از دومین چرخه احیا، همچنان حدود ۹۰ درصد از ظرفیت اولیه خود را حفظ کرد.

یافته‌های این پژوهش در ژورنال Energy and Environmental Science منتشر شده است.