کره جنوبی با دستیابی به روشی انقلابی، فرآیند بازیافت باتری‌های لیتیوم یونی را متحول کرد

دانشمندان در کره جنوبی به دستاوردی چشمگیر در حوزه بازیافت باتری‌های لیتیوم یونی دست یافته‌اند که می‌تواند آینده صنعت خودروهای برقی و انرژی‌های پاک را متحول کند. تیمی از محققان موسسه ملی علوم و فناوری اولسان (UNIST)، فرآیندی نوآورانه و کاملاً سازگار با محیط زیست را توسعه داده‌اند که امکان استخراج بیش از ۹۵ درصد نیکل و کبالت از باتری‌های مستعمل را با خلوص نزدیک به صد در صد فراهم می‌آورد. این رویکرد جدید، که بر خلاف روش‌های سنتی از اسیدهای قوی و فرآیندهای شیمیایی پیچیده بی‌نیاز است، نه تنها هزینه‌ها را به شدت کاهش می‌دهد بلکه تولید پسماندهای خطرناک را نیز به حداقل می‌رساند. این پیشرفت در حوزه بازیافت باتری، نویدبخش دگرگونی در زنجیره تأمین مواد اولیه برای تولید باتری‌های لیتیوم یونی در سراسر جهان است.

جداسازی فلزات راهبردی: رویکرد نوآورانه در بازیافت باتری لیتیوم یونی

باتری‌های لیتیوم یونی، به دلیل حاوی بودن فلزات راهبردی نظیر نیکل، کبالت و منگنز، عملاً به "معادن شهری" بدل شده‌اند. با این حال، جداسازی این فلزات با خلوص بالا همواره یکی از چالش‌های اصلی در صنعت بازیافت باتری بوده است. روش‌های قدیمی، عمدتاً بر پایه استفاده از اسیدهای قوی مانند اسید سولفوریک و چندین مرحله استخراج شیمیایی متکی بودند که نه تنها هزینه‌های گزافی را در بر داشتند، بلکه منجر به تولید حجم عظیمی از پسماندهای خطرناک می‌شدند و اثرات مخربی بر محیط زیست به جای می‌گذاشتند. با افزایش تقاضا برای خودروهای برقی و دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل، نیاز به این فلزات به طور تصاعدی رو به رشد است، اما منابع طبیعی آن‌ها محدود و استخراج آن‌ها اغلب با چالش‌های زیست‌محیطی و اجتماعی همراه است. بنابراین، توسعه فرآیندهای کارآمد برای بازیافت باتری بیش از پیش اهمیت یافته است.

راز عملکرد روش جدید: جداسازی دقیق نیکل و کبالت در بازیافت باتری

برای مقابله با دشواری‌های موجود در فرآیند بازیافت باتری، پژوهشگران UNIST به استفاده از "حلال‌های یوتکتیک عمیق" (Deep Eutectic Solvents – DES) روی آوردند. این حلال‌های نوین که در اصل ترکیبات خاصی از دو یا چند ماده با نقطه ذوب پایین‌تر از هر یک از اجزای تشکیل‌دهنده هستند، محیطی منحصربه‌فرد برای جداسازی فلزات فراهم می‌کنند. در این تحقیق، از محلولی به نام "اتالین" که متشکل از اتیلن‌گلیکول (ماده‌ای بی‌رنگ و بی‌بو که در ضدیخ خودرو نیز به کار می‌رود) و یون‌های کلرید است، استفاده شد. مکانیسم عمل این حلال به شرح زیر است:

اتصال انتخابی: اتیلن‌گلیکول به طور انتخابی به یون‌های نیکل متصل می‌شود.

پایدارسازی کبالت: یون‌های کلرید نیز با تشکیل کمپلکس‌های تتراکلروکبالتات، یون‌های کبالت را پایدار می‌کنند.

این تفاوت در "رفتار هماهنگی فلزی" باعث می‌شود که ولتاژ لازم برای کاهش و رسوب‌گذاری هر یک از این دو فلز به طور قابل توجهی متفاوت باشد. بر اساس یافته‌های محققان، نیکل در ولتاژ منفی ۰.۴۵ ولت و کبالت در منفی ۰.۹ ولت رسوب می‌کند؛ این اختلاف ولتاژ، جداسازی دقیق و کارآمد نیکل و کبالت را ممکن می‌سازد.

نتایج امیدوارکننده: آینده‌ای پایدار برای بازیافت باتری‌های لیتیوم یونی

پایداری فرآیند در دماهای بالا، از جمله در ۸۵ درجه سانتی‌گراد، یکی از ویژگی‌های مهم این روش در بازیافت باتری است. این پایداری حرارتی، ضریب جداسازی نیکل و کبالت را به بیش از ۳۰۰۰ رسانده و نرخ بازیابی نیکل از محلول‌های آزمایشگاهی را به بالای ۹۷ درصد افزایش داده است. در گام بعدی، محققان این رویکرد را بر روی محلول‌های واقعی حاصل از بازیافت باتری‌های NCM (نیکل کبالت منگنز) مورد آزمایش قرار دادند که نتایج خیره‌کننده‌ای به همراه داشت:

نیکل با خلوص ۹۹.۱ درصد.

کبالت با خلوص ۹۸.۸ درصد.

در هر دو مورد، نرخ بازیابی فلزات بالای ۹۵ درصد باقی ماند که نشان‌دهنده کارایی فوق‌العاده این فرآیند در بازیافت باتری‌های مستعمل است. علاوه بر این، این تکنولوژی دارای مزیت مهم دیگری به نام "الکترودیپوزیشن" است. در این فرآیند، کلرین به طور طبیعی در حلال شکل می‌گیرد و به خالص‌سازی بیشتر نیکل کمک می‌کند، بدون نیاز به مراحل اضافی. این حلال پس از خنثی‌سازی، قابل استفاده مجدد است که به طور چشمگیری اثرات زیست‌محیطی و هزینه‌های عملیاتی فرآیند بازیافت باتری را کاهش می‌دهد.

پروفسور کی-ویونگ کیم، استاد مهندسی محیط زیست در UNIST، با تأکید بر اهمیت این دستاورد اظهار داشت: "این روش نه تنها مصرف مواد شیمیایی و حجم پساب تولیدی را کاهش می‌دهد، بلکه راهکاری پایدار و از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه برای بازیافت باتری‌های لیتیوم یونی ارائه می‌کند." این پژوهش که با حمایت‌های مالی و علمی وزارت آموزش کره جنوبی، بنیاد ملی تحقیقات کره و UNIST به ثمر رسیده، در نشریه معتبر Energy Storage Materials منتشر شده است و گام مهمی در جهت اقتصاد چرخشی و توسعه پایدار در صنعت باتری محسوب می‌شود.

پایگاه خبری مجتمع نوآوری فرداد

مطالب مرتبط

ماهان زند

من فارغ‌التحصیل رشته مهندسی کامپیوتر هستم و از دوران نوجوانی به دنیای فناوری علاقه‌مند بودم. فعالیت حرفه‌ای خودم را از سال ۱۳۹۷ با نوشتن مقاله‌های نقد و بررسی گجت‌های هوشمند در یک وبلاگ شخصی آغاز کردم. پس از کسب تجربه، به عنوان نویسنده و تحلیل‌گر در نشریات مختلف فعالیت کردم و در حال حاضر، به عنوان دبیر بخش فناوری‌های نو در یک مجله معتبر تکنولوژی مشغول به کار هستم. تلاش من این است که آخرین اخبار و پیشرفت‌های دنیای فناوری را به زبانی ساده و کاربردی برای مخاطبان ارائه دهم.