دستیابی به بازیافت فلش با کارایی ۹۸ درصد در بازیابی باتری
محققان روشی جدید برای استخراج موفق مواد فعال خالص از ضایعات باتری توسعه داده‌اند. این روش به جدا کردن و بازیافت صحیح مواد باتری با هزینه کم کمک خواهد کرد.
این روش همچنین به تولید سبزتر وسایل نقلیه الکتریکی و حل مسئله زیست‌محیطی بازیافت مؤثر باتری‌های لیتیوم-یون کمک خواهد کرد.
تیم تحقیقاتی دانشگاه رایس به رهبری جیمز تور، پروفسور شیمی و استاد علم مواد و نانومهندسی پیشنهاد کرده‌اند که خصوصیات مغناطیسی می‌تواند تفکیک و خالص‌سازی مواد باتری مصرف‌شده را تسهیل کند.
روش بازیافت پایدار
تور گفت: «با افزایش استفاده از باتری‌ها، به ویژه در
وسایل نقلیه الکتریکی
، نیاز به توسعه روش‌های بازیافت پایدار فوری است.»
روش‌های بازیافت باتری قبلاً شامل تجزیه دستگاه‌های ذخیره انرژی به شکل عنصری آنها از طریق فرآیندهای حرارتی یا شیمیایی پرانرژی که گران‌قیمت و زیان‌آور برای محیط زیست بودند، می‌شد.
در این مطالعه، محققان از روش گرمایش فلاش ژول بدون حلال استفاده کردند که شامل گذراندن جریان از مواد نسبتاً مقاوم برای گرم کردن سریع و تبدیل آنها به مواد دیگر است.
بازیابی بالای فلزات باتری
با استفاده از FJH، محققان ضایعات باتری را در دمای ۲۵۰۰ کلوین در عرض چند ثانیه گرم کردند و خصوصیات منحصر به فردی با پوسته‌های مغناطیسی و ساختارهای هسته‌ای پایدار ایجاد کردند. جداسازی مغناطیسی امکان خالص‌سازی کارآمد را فراهم کرد، به گفته محققان رایس.
روش آنها منجر به بازیابی بالای ۹۸ درصدی فلزات باتری شد، به طوری که ارزش ساختار باتری حفظ شد.
در طی این فرآیند، کاتدهای باتری مبتنی بر کبالت (که معمولاً در وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می‌شود و با هزینه‌های مالی، زیست محیطی و اجتماعی بالایی همراه است)، به طور غیرمنتظره‌ای در لایه‌های خارجی کبالت اسپینل مغناطیسی نشان دادند که امکان جداسازی آسان را فراهم کرد.
ناخالصی‌های فلزی به طور قابل توجهی کاهش یافتند
تور گفت: «به طور قابل توجه، ناخالصی‌های فلزی پس از جداسازی به طور چشمگیری کاهش یافتند در حالی که ساختار و عملکرد مواد حفظ شدند.” “ساختار حجیم مواد باتری ثابت می‌ماند و آماده بازسازی به کاتدهای جدید است.»
تحقیقی که در مجله Nature Communication منتشر شد، نشان می‌دهد که روش همراه با جداسازی مغناطیسی برای بازسازی کاتدهای تازه از کاتدهای ضایعاتی، سپس رلیتاسیون حالت جامد مورد استفاده قرار گرفت. کل فرآیند به عنوان بازیافت فلاش شناخته می‌شود.
کاتدها ساختارهای هسته‌ای دست نخورده را نشان می‌دهند
پس از FJH، کاتدها ساختارهای هسته‌ای دست نخورده با ویژگی‌های سلسله مراتبی را نشان می‌دهند که نشان می‌دهد امکان بازسازی آنها به کاتدهای جدید وجود دارد. کاتدهای رلیتاشده دوباره در باتری‌های لیتیوم-یون مورد استفاده قرار می‌گیرند و عملکرد الکتروشیمیایی خوبی دارند که با نسخه‌های تجاری جدید قابل مقایسه است.
مطالعه نشان می‌دهد که بازیافت فلاش مزایای بیشتر زیست‌محیطی و اقتصادی نسبت به فرآیندهای بازیافت تخریبی سنتی ارائه می‌دهد.
مطالعه نشان می‌دهد که فرآیند FJH به طور فرضی می‌تواند در یک سیستم پیوسته مشابه برای بازیافت باتری‌های مصرف‌شده لیتیوم-یون یکپارچه شود.
علاوه بر این، تحقیقات اخیر نشان داده است که همان فرآیند FJH و روش شوک کاربوتحرمال می‌تواند برای بازسازی مؤثر آند گرافیتی از گرافیت مصرف‌شده استفاده شود، که نشان می‌دهد روش بازیافت فلاش می‌تواند به طور هم‌زمان باعث حل مشکلات بازیافت کاتد و آند ناشی از انباشت باتری‌های مصرف‌شده شود.
از آنجا که فرآیند FJH به صورت صنعتی تا ۱ تن در روز در هر تسهیل مقیاس می‌شود، قابلیت تولید قابل دستیابی است در حالی که وابستگی به سنگ‌های معدنی تازه‌ی معدن‌شده برای تولید باتری‌های لیتیوم-یون را به حداقل می‌رساند، بر اساس این مطالعه.
