لقد تعلم الفيزيائيون استخراج جميع المعادن من البطاريات القديمة باستخدام الموجات الدقيقة

الأبحاث المنشورة في اتصالات الطبيعةيصف طريقة جديدة لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون. فريق من جامعة رايس (الولايات المتحدة الأمريكية) اقترحت استخدام معالجة بلازما الموجات الدقيقة على المدى القصير لاستخراج المواد القيمة بشكل أسرع وأرخص وبضرر أقل على البيئة.

لماذا أصبحت إعادة تدوير البطاريات أمرًا بالغ الأهمية

يتم استخراج الليثيوم والكوبالت والعناصر الأخرى المستخدمة في صناعة البطاريات بشكل غير متساو، وقد أصبحت بالفعل بمثابة عنق الزجاجة لهذه الصناعة. ومع ذلك، يتم إعادة تدوير أقل من 10% من البطاريات المستخدمة. غالبًا ما ينتهي الأمر بالباقي في مدافن النفايات، حيث يبدأون في إطلاق المواد السامة بمرور الوقت.

يقول طالب الدراسات العليا غوتام شاندراسيخار: “إن إعادة تدوير نفايات البطاريات هو الحل الأكثر عملية للتغلب على اختناقات سلسلة التوريد”.

ماذا توصل الباحثون؟

الفكرة الأساسية هي معالجة مسبقة قصيرة لما يسمى “الكتلة السوداء”. هذا مسحوق يتم الحصول عليه بعد طحن البطاريات.

يتم وضعه في بيئة بها غاز منشط – وهو في الأساس بلازما تم إنشاؤها بواسطة إشعاع الميكروويف. البلازما عبارة عن غاز متأين حيث يمكن للجزيئات أن تدخل بسهولة أكبر في التفاعلات الكيميائية. تستغرق العملية حوالي 15 دقيقة وتغير بنية المركبات المعدنية، مما يجعلها أكثر سهولة في الاستخلاص.

بعد ذلك، تتم معالجة المادة بحمض الستريك العادي في درجة حرارة الغرفة. بالإضافة إلى ذلك، يتم غسل الليثيوم بالماء.

يقول شاندراسيخار: “من خلال المعالجة المسبقة للبلازما، يمكن استخلاص ما يقرب من 95% من المعادن، بما في ذلك الليثيوم، من غبار البطارية باستخدام الحمض الموجود في الليمون فقط”.

لماذا هذا أفضل من الطرق التقليدية؟

في الوقت الحالي، تتطلب إعادة تدوير البطاريات درجات حرارة عالية ومواد كيميائية قاسية. في هذه الحالة، يتم إيلاء الاهتمام بشكل أساسي لمواد الكاثود، ويتم فقدان الباقي.

يوضح المؤلف المشارك شيانغ تشانغ: “تتمتع عمليات إعادة تدوير البطاريات الصناعية الحالية بكفاءة منخفضة جدًا في استعادة المعادن وتركز بشكل أساسي على الكاثود”.

ويعمل النهج الجديد بسلاسة أكبر. فهو يقلل من تكاليف الطاقة ويقلل من كمية الكواشف الخطرة.

مكافأة غير متوقعة – الجرافيت

هناك نتيجة منفصلة تتعلق بالجرافيت. هذه هي مادة الأنود الرئيسية وتشكل حوالي 22% من كتلة البطارية. وعلى الرغم من ذلك، نادرًا ما يتم إعادة تدويره لأنه يتعرض للتلف أثناء المعالجة القياسية.

يقول المؤلف الرئيسي سوهيني بهاتاشاريا: “هذه واحدة من أهم النقاط لأن الجرافيت لا يزال لا غنى عنه فعليًا باعتباره قطبًا موجبًا”.

تقوم البلازما بشكل أساسي “بتطهير” الجرافيت، وإزالة العيوب والشوائب المتبقية. ويمكن استخدام المواد المستردة مرة أخرى في البطاريات.

ويضيف شاندراسيخار: “يُظهر الجرافيت المنخفض أداءً ممتازًا باعتباره أنودًا”.

هل من الممكن وضعها موضع التنفيذ؟

حاول المؤلفون في البداية جعل التكنولوجيا غير مختبرية، بل تطبيقية. والأهم من ذلك، أنه يمكن دمجها في خطوط المعالجة الحالية كخطوة أولية.

“لقد افترضنا أن استخدام البلازما من شأنه أن يسهل استخراج المعادن في الأحماض الأضعف”، يشرح بهاتاشاريا.

وقد تم بالفعل الحصول على براءة اختراع لهذه الطريقة. وتظهر الحسابات الأولية أنه قد يكون أكثر فعالية من حيث التكلفة من الحلول الحالية، خاصة بسبب عودة الجرافيت.

يقوم مدير المشروع بوليكل أجيان بصياغة نتائج العمل المشترك:

“هذه منهجية متقدمة لاستخراج جميع المعادن المهمة من نفايات البطاريات مع الحد الأدنى من استخدام المواد الكيميائية والطاقة.”

ووفقا للعلماء، إذا تم تأكيد هذه التقديرات، فإن إعادة تدوير البطاريات يمكن أن تصبح ليس فقط ضرورة بيئية، ولكن أيضا مصدرا قيما للمواد الخام.