تم الكشف عن تقنية أخرى منخفضة التكلفة وصديقة للبيئة لإعادة تدوير كاثودات الليثيوم-أيون
| Jerry Huang
ملاحظة المحرر: أدى التطور السريع في الإلكترونيات الاستهلاكية، والمركبات الكهربائية، وتخزين الطاقة عبر الشبكة الكهربائية إلى طلب هائل على بطاريات أيونات الليثيوم (LIBs). ومع ذلك، مع عمر افتراضي يتراوح بين 6 و8 سنوات فقط، من المتوقع أن ينتهي صلاحية أكثر من 11 مليون طن من البطاريات بحلول عام 2030، مما سيؤدي إلى ضغوط غير مسبوقة على الموارد، ومخاطر بيئية، وتحديات اقتصادية. حاليًا، تُركز جهود إعادة التدوير هذه على مواد الكاثود المُعاد تدويرها (وخاصةً أكاسيد المعادن الطبقية، LMOs)، التي تحتوي على عناصر عالية القيمة مثل الليثيوم، والكوبالت، والنيكل، والمنجنيز.
إليكم نهجًا آخر قدمه فريق كوانكوان بانغ في جامعة بكين بالتعاون مع فريق جياشين مينغ في جامعة وانغتشو للتكنولوجيا، حول إعادة تدوير كاثودات الليثيوم-أيون المستهلكة، وخاصةً الكائنات الحية المعدلة وراثيًا. شكرًا جزيلًا لجميع الباحثين، مع خالص التقدير.
ومن الجدير بالذكر أن نهج LTMS-ECR هذا يعالج بشكل مباشر الكاثودات المستهلكة التي لا تزال متصلة بمجمعات التيار المصنوعة من الألومنيوم، دون الحاجة إلى خطوة سحق الأقطاب الكهربائية إلى "مسحوق أسود"، مما يؤدي إلى تبسيط خطوات المعالجة المسبقة بشكل كبير.
تزعم تقنية LTMS-ECR أن لديها القدرة على تحقيق ربحية عالية تبلغ 1.86 دولارًا للكيلوغرام في إعادة تدوير البطاريات المستهلكة بسبب استخدامها لإلكتروليتات الملح المنصهر منخفضة التكلفة والقابلة لإعادة الاستخدام وLi2O، جنبًا إلى جنب مع المنتجات الثانوية عالية القيمة Co3O4 وLiCl، مما يُظهر تحسنًا بنحو عشرة أضعاف مقارنة بتقنيات المعالجة الحرارية المعدنية والهيدروميتالورجية.
تُظهر تحليلات الأثر التقني والاقتصادي والبيئي أن تقنية LTMS-ECR تتميز بجدوى اقتصادية واستدامة كربونية ملحوظة. وتُمثل كفاءتها العالية في الاسترداد، وانخفاض استهلاكها للطاقة، وملاءمتها للبيئة، مسارًا كيميائيًا ثوريًا لإعادة تدوير مواد الكاثود.
خلاصة
تُقدم إعادة التدوير الكهروكيميائي (ECR) استراتيجية واعدة تُسخّر الطاقة المتجددة لتفكيك أكاسيد المعادن الطبقية المستهلكة (LMOs). ومع ذلك، تقتصر مناهج إعادة التدوير الكهروكيميائي الحالية على التشغيل في درجات حرارة عالية (تصل إلى 750 درجة مئوية) باستخدام مصهور كربونات أو كلوريد القلوي كإلكتروليتات، مما يؤدي إلى استهلاك كبير للطاقة كمدخلات حرارية. تقترح هذه الدراسة إلكتروليت مصهور كلورو ألومينات قلوي منخفض نقطة الانصهار، يتكون من AlCl3–LiCl، مما يُمكّن من التحليل الكهربائي باستخدام ECR عند درجة حرارة منخفضة تصل إلى 150 درجة مئوية. ونظرًا لذوبان حامل الشحنة O2− العالي في مصهور كلورو ألومينات القلوي، يخضع كاثود LMO لعملية تفكيك اختزالي كهروكيميائي لإنتاج معادن انتقالية عنصرية وكلوريد الليثيوم (LiCl). والأهم من ذلك، أن منتجين غير قابلين للذوبان في المصهور المضاف إليه Li2O، ويمكن فصلهما بسهولة عن طريق معالجة سهلة بالترشيح المائي. من الجدير بالذكر أنه باستخدام أنود خامل من نيتريد التيتانيوم، يتم التخلص من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون أثناء التحليل الكهربائي عن طريق توليد الأكسجين، مما يساهم في تحقيق الحياد الكربوني. باستخدام نهج إعادة تدوير إلكتروليتات الملح المنصهر منخفضة الحرارة (LTMS-ECR)، يتم تحقيق معدل استرداد عالي للكوبالت بنسبة 97.3% لـ LiCoO2. تشير التحليلات التقنية والاقتصادية إلى أن تقنية إعادة التدوير هذه تقلل من استهلاك الطاقة وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة تقارب 20%، كما أنها أكثر ربحية بنحو عشرة أضعاف مقارنةً بالطرق التقليدية. يمثل هذا النهج بديلاً ثوريًا لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم المُستهلكة بكفاءة عالية من حيث الطاقة، وبشكل مستدام، ومجدٍ اقتصاديًا.
مراجع
https://doi.org/10.1002/adma.202512984