تبرز ضرورة إعادة التدوير في ظل الهدر الذي يقوم به الإنسان، وتؤدي هذه العملية إلى التخفيف من الأضرار التي تلحقها المواد المستهلكة بالطبيعة والإنسان على السواء. وتصبح عملية إطالة العمر الافتراضي للخلايا من الأمور الذكية والمفيدة.
تبرز مشكلة ما يجب فعله بالبطاريات القديمة في العديد من المناقشات حول إيجابيات وسلبيات السيارات الكهربائية. يفضل معظم الناس إعادة استخدامها، وإعادة استخدام الخلايا لحياة ثانية كتخزين ثابت.
ولكن في مرحلة ما، حتى تلك البطاريات ستصل إلى نهاية عمرها الافتراضي، وتبدو عملية إعادة تدويرها أمراً منطقياً، نظراً للمخاوف بشأن مصادر المواد الخام للبطاريات الجديدة لتحل محلها. من الممكن أيضاً أن يؤدي استخدام المواد المعاد تدويرها إلى إنتاج بطارية أفضل، وفقاً لدراسة نُشرت في مجلة Joule.
تعد إعادة تدوير هيكل معقد مثل خلية البطارية مهمة صعبة، لكنها عملية مربحة، مما يعني أنها تهم الأوساط الأكاديمية والصناعية. تبحث الدراسة التي أُجريت في معهد جول، بقيادة البروفيسور يان وانغ من معهد وورسيستر للفنون التطبيقية، في أداء خلايا أيونات الليثيوم التي تحتوي على أقطاب سالبة مصنوعة من النيكل والمنغنيز والكوبالت المستعاد من الخلايا الأخرى.
إعادة التدوير
بادئ ذي بدء، يتم تفريغ بطاريات الليثيوم من الأيونات المستهلكة "من أي نوع وحالة" قبل تقطيعها ونخلها. تتم إزالة العلب والأسلاك والبلاستيك ولوحات الدوائر لإعادة التدوير، مما يترك كتلة سوداء تحتوي على الغرافيت ومواد الأقطاب السالبة وبعض المخلفات المعدنية الأخرى. بعد ذلك، تتم إزالة المواد المختلفة من الكتلة عن طريق الترشيح والتصفية، مما يترك في النهاية أيونات النيكل والمنغنيز والكوبالت.
يتم استرداد حوالي 90 في المائة من هذه العناصر الثلاثة، وبمجرد تحديد الكمية النسبية لكل منها، تتم إضافة كبريتات النيكل والمنغنيز والكوبالت الطازج للوصول إلى النسبة النهائية المرغوبة لأي نوع من الخلايا المراد بناؤها. بعد مزيد من العلاج وعدة ساعات من التسخين، يصبح مسحوق الأقطاب السالبة المعاد تدويره جاهزاً للاستخدام في خلية بطارية جديدة.
عمر أطول
اختبر وانغ وزملاؤه مسحوق الأقطاب السالبة المعاد تدويره في عدد من أنواع الخلايا: عملة معدنية، وحقيبة من طبقة واحدة، قارنوا أداء الأنواع المختلفة بخلايا مماثلة مصنوعة من مسحوق أقطاب سالبة "طازج".
تم بعد ذلك إخضاع الخلايا التي تستخدم أقطاباً سالبة معاد تدويرها لمجموعة من الاختبارات، حيث كان أداؤها مطابقاً تقريباً للخلايا باستخدام مواد جديدة. كان هناك استثناء واحد ملحوظ: الخلايا التي تستخدم مواد الأقطاب السالبة المعاد تدويرها استمرت لمدة أطول بنسبة تصل إلى 53 %.
تم شحن خلايا التحكم بشكل متكرر (1C) وتفريغها (2C) لمعرفة عدد الدورات التي يمكنها تحملها قبل البدء في التدهور. تدهورت خلايا التحكم عند وصولها إلى 80 % من سعتها الأصلية بعد 3150 دورة وإلى 70 % من سعتها بعد 7600 دورة. في هذه المرحلة، تم الانتهاء منها. في غضون ذلك، يمكن لخلايا المواد المعاد تدويرها أن تمر بـ 4200 دورة قبل أن تتحلل إلى 80% فقط من حالة الشحن. لقد وصلوا إلى 11600 دورة "مذهلة" قبل 70 %، كانت هذه النتائج أفضل ما يمكن أن يفعلوه.
عندما نظر الباحثون إلى مسحوق الأقطاب السالبة المعاد تدويره باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح، اكتشفوا أن الجسيمات متشابهة تماماً، لكن الجسيمات المعاد تدويرها لها مسام أكبر في مراكزها مقارنة بجزيئات التحكم. بالإضافة إلى ذلك، كانت المساحيق المعاد تدويرها أقل هشاشة. يسهل الهيكل الأكثر مسامية انتشار أيونات الليثيوم من خلاله، ولأنه أكثر مرونة، فهو أكثر مقاومة للتشقق بعد الشحن والتفريغ المتكرر.
قد تبدأ البطاريات التي تستخدم مواد الأقطاب السالبة المعاد تدويرها في الظهور قريباً. في أوائل عام 2022، ستفتتح شركة ناشئة شارك في تأسيسها وانغ، تدعى Battery Resources، أول مصنع لها لإعادة تدوير الخلايا في الولايات المتحدة، مع خطط لإضافة اثنين آخرين في أوروبا بحلول نهاية العام المقبل. تقول الشركة إنه بحلول نهاية عام 2022، من المفترض أن تكون قادرة على إعادة تدوير 30 ألف طن من البطاريات سنوياً.
-----