طورت شركة توشيبا طريقة لإعادة تدوير أنودات أكسيد بطاريات الليثيوم أيون بتكلفة منخفضة وتأثير بيئي منخفض. تلزم لائحة البطاريات بالاتحاد الأوروبي، التي دخلت حيز التنفيذ في أغسطس 2023، بالإعلان عن البصمة الكربونية (CFP) ومستويات عالية من الاعتبارات البيئية طوال دورة حياة المنتج، مما يستلزم استجابة سريعة من الشركات في جميع أنحاء العالم. طورت توشيبا طريقة إعادة تدوير مباشرة تمكن من إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون عالية الطاقة وطويلة العمر من خلال عملية معالجة حرارية بسيطة، وقد أثبتت فعالية هذه الطريقة.
تستفيد هذه الطريقة من خصائص المواد النشطة المؤكسدة ذات البنية البلورية المستقرة، وتستخدم إعادة التدوير المباشر، والتي تعيد تدوير المواد النشطة كما هي ودون إعادتها إلى عنصر كيميائي. يتم طلاء المادة النشطة على صفيحة معدنية رقيقة تسمى رقاقة تجميع التيار. تستفيد طريقة إعادة التدوير هذه من استقرار بنية المادة النشطة وتمكن المادة النشطة من الانفصال عن رقاقة تجميع التيار للقطب السالب في تلك الحالة عن طريق إجراء معالجة حرارية بسيطة.
نظرًا لأن بنية المادة النشطة مستقرة، فلا توجد حاجة لعمليات إعادة تنشيط معقدة، مما يتيح إعادة استخدام المواد النشطة بتكلفة منخفضة. بالإضافة إلى ذلك، بالمقارنة مع طرق إعادة تدوير الأقطاب الكهربائية التقليدية، يمكن تنفيذ الطريقة في درجات حرارة أقل، مما يقلل من التأثير البيئي. عند مقارنة المواد المعاد تدويرها باستخدام هذه الطريقة بالمواد الخام التي لم يتم استخدامها مطلقًا، تقدر شركة توشيبا انخفاض البصمة الكربونية (CFP) بنسبة تصل إلى 85%.
علاوة على ذلك، طبقت شركة توشيبا هذه الطريقة على بطاريات أكسيد النيوبيوم والتيتانيوم (NTO) التي طورتها الشركة. وأكدت تقييمات الأداء للبطاريات المصنوعة من أقطاب كهربائية معاد تدويرها أن الأقطاب الكهربائية تحافظ على أكثر من 97% من سعتها، وهو ما يضاهي الأقطاب الكهربائية الجديدة. كما أظهرت البطاريات نفس العمر الطويل للبطاريات الجديدة.
وقد نشرت هذه النتائج في المجلة المواد والتقنيات المستدامة.
خلفية. لقد تقدم إعادة تدوير مواد الكاثود التي تحتوي على الكوبالت والنيكل بسبب الطلب المتزايد، ولكن إعادة تدوير الجرافيت، وهو مادة شائعة الاستخدام في بطاريات الليثيوم أيون، لم يتقدم بسبب تعقيد العمليات المطلوبة لإعادة التدوير، والتي تنشأ عن التغيرات الهيكلية والتدهور بعد الاستخدام طويل الأمد، مما يمثل تحديات كبيرة من حيث التكلفة.
ومع ذلك، مثل الكاثودات، تتمتع الأنودات بـ CFP محددة وهناك حاجة لتقليل ذلك من خلال إعادة التدوير، مما أدى إلى زيادة الطلب على تطوير طريقة إعادة تدوير أبسط. طورت شركة توشيبا بطاريات ذات أنودات أكسيد مناسبة للسيارات التجارية المتوقع أن يتم كهربتها في المستقبل، حيث توفر طاقة أعلى وعمرًا أطول من البطاريات ذات أنودات الجرافيت. طورت توشيبا طريقة إعادة تدوير تستفيد من ميزات أنودات الأكسيد، والتي يسهل إعادة تدويرها مقارنة بالجرافيت.
في إعادة تدوير المواد الفعالة للبطاريات، هناك طرق مثل إعادة التدوير المباشر، والتي تعيد استخدام المواد الفعالة مع الحفاظ على بنيتها، وطرق إعادة تصنيع المواد الفعالة بعد تفكيكها إلى عناصرها واستعادتها. تتطلب إعادة التدوير التي تنطوي على تفكيك المواد الفعالة إلى عناصر كيميائية طاقة لإعادة تصنيعها للاستخدام، في حين لا تتطلب إعادة التدوير المباشر إعادة التصنيع، وبالتالي تقليل التكلفة والتأثير البيئي، مما حفز البحث والتطوير في السنوات الأخيرة.
مميزات التكنولوجيا. وفي ضوء هذه الاحتياجات، طورت شركة توشيبا تقنية إعادة التدوير المباشر للبطاريات عالية الطاقة وطويلة العمر ذات الأنود المؤكسد. وقد تم التحقق من أن هذه التقنية قادرة على فصل المادة النشطة عن رقاقة تجميع التيار لأقطاب الأنود المؤكسد مع الحفاظ على بنية وخصائص المادة النشطة، وبالتالي تمكين إعادة الاستخدام المباشر.
إن الحفاظ على الاستقرار البنيوي للمادة النشطة أثناء عملية إعادة التدوير أمر مهم لتحقيق إعادة التدوير المباشر. ومن بين مواد الأنود المؤكسد، فإن أنود أكسيد النيوبيوم والتيتانيوم (NTO) الذي طورته شركة توشيبا يتميز ببنية مادة نشطة مستقرة. وباستغلال هذه الخاصية، طورت توشيبا طريقة حيث تعمل المعالجة الحرارية على تحلل مكون الرابط الذي يثبت أكسيد النيوبيوم والتيتانيوم داخل الأنود، مما يتيح نزع رقاقة تجميع التيار والفصل والاسترداد بسهولة.
علاوة على ذلك، تتيح هذه الطريقة المعالجة في درجات حرارة أقل مقارنة بالمعالجات الحرارية المستخدمة عادة في إعادة تدوير الأقطاب الكهربائية، ويمكن إعادة استخدام المواد النشطة المستردة مباشرة بعد إزالة الشوائب.
لقد قامت شركة توشيبا بتصنيع أقطاب كهربائية باستخدام أكسيد النيتريك المعاد تدويره من نفايات الأقطاب الكهربائية المحاكية الناتجة أثناء عمليات تصنيع البطاريات وكذلك من البطاريات التي تعرضت للتدهور المحاكى حتى نهاية عمرها الافتراضي. وبعد تقييم أدائها في البطاريات، تم التأكيد على أن سعة المادة النشطة، وهي مؤشر لأداء المادة النشطة، تحافظ على أداء يزيد عن 97%، وهو ما يضاهي أداء البطارية الجديدة.
علاوة على ذلك، تم التأكيد على أنه حتى بعد الشحن والتفريغ المتكرر، فإن هذه البطاريات المعاد تدويرها تحتفظ بسعة تعادل البطاريات الجديدة، مما يضمن عمرًا طويلاً.
التطورات المستقبلية. أولاً، ستركز توشيبا على إنشاء طرق إعادة تدوير تستهدف المواد المهدرة مثل مخلفات الأقطاب الكهربائية المنتجة في المصانع. وفي انتظار المرحلة التي يتم فيها جمع البطاريات المستهلكة من السوق، تهدف توشيبا إلى إنشاء إطار لدمج المواد المعاد تدويرها في المنتجات وتطوير مخطط إعادة تدوير لاستعادة وإعادة تدوير خلايا الأنود NTO من السوق.
مصدر من مؤتمر السيارة الخضراء
إخلاء المسؤولية: المعلومات المذكورة أعلاه مقدمة من موقع greencarcongress.com بشكل مستقل عن موقع Chovm.com. لا تقدم Chovm.com أي تعهدات أو ضمانات فيما يتعلق بجودة وموثوقية البائع والمنتجات. ينكر موقع Chovm.com صراحةً أي مسؤولية عن الانتهاكات المتعلقة بحقوق الطبع والنشر للمحتوى.
