تضمین آینده انرژی پاک / دانشمندان آمریکایی لیتیوم را با خلوص ۹۹.۷۹ درصد بازیافت کردند

امروزه باتری های لیتیوم از اتومبیل های برقی گرفته تا سیستم های ذخیره انرژی تجدید پذیر به قلب فن آوری های مدرن تبدیل شده اند. اما علاوه بر رشد سریع صنعت ، دو چالش اساسی وجود دارد: چگونه می توان زندگی و پایداری باتری ها را گسترش داد و یک روش پایدار برای بازیابی مواد با ارزش آنها پیدا کرد. اکنون تیمی از محققان در ایالات متحده به سرپرستی پروفسور یان وانگ از موسسه پلی تکنیک Wauter (WPI) در ماساچوست به یک دستاورد چشمگیر دست یافته اند. این تیم نه تنها نتوانسته است لیتیوم را با خلوص بی سابقه 4.9 درصد از باتری های فرسوده بازیابی کند ، بلکه روش جدیدی را برای بهبود طراحی باتری های جامد نیز فراهم کرده است. این نوآوری می تواند آینده وسایل نقلیه برقی و فن آوری های انرژی پاک را تغییر دهد.

چالش های باتری های حالت جامد و راه حل جدید

باتری های حالت جامد ، به عنوان نسل بعدی باتری ها ، از باتری های لیتیوم یون ایمنی و پایداری بالاتری دارند. اما یک مشکل اساسی مانع از توسعه گسترده آنها شده است: ناسازگاری بین الکترولیتهای جامد مبتنی بر حالت جامد و آند فویل لیتیوم. برای رفع این مشکل ، لایه های محافظ معمولاً به باتری اضافه می کنند ، اما این باعث افزایش هزینه و پیچیدگی ساخت و ساز می شود.

تیم پروفسور وانگ از یک روش خلاقانه برای حل این مشکل استفاده کرد: کلرید دوپینگ (الاستیک) لیتیوم ایزیوم با عنصر آهن. این تصحیح منجر به تولید ماده ای شد که می تواند مستقیم و پایدار با آندی های لیتیوم استوار باشد و دیگر نیازی به لایه های محافظ گران قیمت ندارد.

ویژگی های برجسته این مقاله عبارتند از:

• هدایت یونی بالایی را حفظ کنید که برای عملکرد بهینه باتری بسیار مهم است.
• ثبات طولانی مدت در برابر تخریب ، که بی سابقه بوده است.
• آزمایشات نشان داد که سلولهای کامل ساخته شده با این ماده قادر به غلبه بر بیش از 5 چرخه شارژ و تخلیه بودند و هنوز 2 ٪ از ظرفیت اولیه خود را حفظ می کنند. شماره ای که یک معیار اصلی برای عمر باتری است.
• در آزمایش سلولهای متقارن ، بیش از 4 ساعت بدون هیچ گونه نشانه ای از تخریب کار کرد. آنچه محققان به عنوان “اولین اثبات در این زمینه” توصیف کردند.

وانگ گفت: “این مطالعه دوپینگ آهن را به عنوان یک استراتژی مؤثر برای ساده سازی طراحی باتری های حالت جامد و تقویت عملکرد و ثبات ، ادغام می کند.”

بازیافت لیتیوم ؛ از باتری فرسوده گرفته تا مواد با ارزش بالا

یکی دیگر از دستاوردهای این تیم ، توسعه یک روش ایمن و مقیاس پذیر برای بازیافت آندهای فلزی لیتیوم ، بسیار واکنشی بود. بخشی که بازیافت آن تاکنون یک چالش بزرگ برای صنعت بوده است. محققان توانستند آنگاههای مصرفی را به کربنات لیتیوم تبدیل کنند (یک واکنش شیمیایی به نام Athiviifies.

ویژگی قابل توجه این فرآیند خلوص محصول نهایی بود: 4.9 ٪. این خلوص حتی بالاتر از استاندارد مواد جدید است که برای ساخت باتری های جدید استفاده می شود. برای اثبات این عمل ، محققان در ساخت مواد جدید کاتد از کربنات لیتیوم بازیافت شده استفاده کردند. نتایج آزمایشات نشان داد که عملکرد الکتروشیمیایی این CAAT ها کاملاً با کات های تجاری قابل مقایسه است.

این یافته ثابت می کند که مواد بازیافتی نه تنها از کیفیت بالایی برخوردار هستند ، بلکه می توانند در چرخه تولید دوباره وارد شوند. این دستاورد به معنای کاهش وابستگی به استخراج لیتیوم جدید از معادن ، کاهش هزینه های تولید و تسریع در فن آوری های انرژی پاک است.

وانگ درباره پیشرفت گفت: “ما توانستیم مسئولیت ایمنی را به یک نیروی محرکه برای بهبودی تبدیل کنیم.” “ما فرایندی را ایجاد کرده ایم که هم در صنعت کاربردی باشد و هم به ایجاد آینده ای پایدار در زمینه انرژی کمک می کند.”

طبق IE ، دستاوردهای اخیر تیم تحقیقاتی موسسه پلی تکنیک ووستر نشان می دهد که آینده باتری ها از همیشه روشن تر است. از یک طرف ، طراحی ساده تر و پایدارتر برای باتری های حالت جامد می تواند ایمنی و عمر وسایل نقلیه برقی را بهبود بخشد. از طرف دیگر ، بازیافت موفقیت آمیز لیتیوم با خلوص بی سابقه 4.9 درصد راه را برای اقتصاد دایره ای در صنعت باتری هموار می کند. ترکیب این دو پیشرفت می تواند راه را برای باتری های قدرتمندتر ، ایمن تر و پایدارتر هموار کند. باتری هایی که آینده حمل و نقل الکتریکی و ذخیره انرژی تجدید پذیر را تضمین می کنند.