طور علماء أمريكيون تقنية جديدة لإعادة تدوير البطاريات بأمان وكفاءة. تُستخدم البطاريات حالياً على نطاق واسع في الأجهزة المنزلية والهواتف الذكية والسيارات الكهربائية وغيرها. على عكس طرق إعادة التدوير التقليدية، تستطيع هذه التقنية الجديدة استخراج أكثر من 92% من المركبات الأكثر قيمة مثل النيكل والكوبالت والمنغنيز، وتحويلها إلى مسحوق كاثود عالي الأداء للاستخدام المستقبلي.
تُعد إعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون جزءاً من دورة حياتها، لكن عمليات إعادة التدوير التقليدية غالباً ما تكون مستهلكة للطاقة بشدة وضارة بالبيئة، وقد تطلق مركبات سامة. مع زيادة الطلب على البطاريات سنوياً، يرتفع الطلب على المواد الخام لإنتاج الإلكترونيات والسيارات الكهربائية، مما يؤدي إلى تزايد كميات البطاريات المهملة.
من بين مكونات هذه البطاريات، تُعد مواد الكاثود مثل أكسيد الليثيوم والكوبالت (LiCoO₂ (LCO)) وأكاسيد الليثيوم والنيكل والكوبالت والمنغنيز (LiNi 1-x-y Co x Mn y O₂ (NMC)) ذات قيمة خاصة بسبب تعقيد هيكلها وتكلفتها العالية. في ورقة علمية نُشرت في مجلة Energy Storage Materials، استشهد مخترعو التقنية الجديدة ببيانات تفيد بأنه يمكن إنتاج طن واحد من الكوبالت عالي الجودة من إعادة تدوير 5 إلى 15 طناً من بطاريات الليثيوم أيون المهملة، وهو ما يعادل الكمية المستخرجة من 300 طن من الخام الأصلي.
تستخدم الصناعة حالياً طرق المعالجة الحرارية (pyrometallurgy) والمعالجة الرطبة (hydrometallurgy) لاستعادة المعادن القيمة، من خلال الاحتراق بدرجة حرارة عالية أو الغمر الكيميائي الواسع النطاق. على الرغم من فعالية هذه التقنيات إلى حد ما، إلا أنها تعاني من كفاءة طاقة منخفضة، واستخراج غير كامل للمواد، وإنتاج نواتج ثانوية ضارة. أما طرق إعادة التدوير المباشرة، بما في ذلك تصنيف واستعادة مواد الكاثود، فهي حالياً مقتصرة على ظروف المختبر. وعلى الرغم من زيادة المركبات الغنية بالنيكل في السوق، فإن معظم الأبحاث لا تزال تركز على تجديد المساحيق الأصلية منخفضة النيكل، وهي المادة التي تؤثر على أداء البطارية وعمرها الافتراضي وسعتها الطاقوية.
للحصول على كبريتات النيكل الوسيطة (NiSO₄) من مساحيق الكاثود المنضوبة (NMC111 وLMO) ومن ثم الحصول على مادة غنية بالنيكل (LiNi0.83Mn0.06Co0.11O₂ (83Ni))، قدم باحثون أمريكيون عملية إعادة تدوير دائرية مغلقة تجمع بين مزايا المعالجة الرطبة والتقنيات المباشرة.
تبدأ العملية بقطع وتكسير وغربلة بطاريات الليثيوم أيون المهملة المختلطة، ثم جمع مسحوق الكاثود والكربون والغرافيت للمعالجة بالغمر، باستخدام محلول يحتوي على حمض الكبريتيك (H₂SO₄) وبيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂) لحل مواد الكاثود. بعد قياس تركيز المعادن الانتقالية والشوائب الأخرى، اجتاز الـ 83Ni المُعاد تدويره جميع اختبارات معايير الصناعة، بأداء يماثل المواد الأصلية.
تتمتع البطاريات المصنوعة من مواد الكاثود المُعاد تدويرها بكفاءة شبه مطابقة للبطاريات الجديدة، بسعة 2100 مللي أمبير ساعة، وتحتفظ بـ 85% من سعتها بعد 867 دورة شحن. تُستخرج العملية 92.31% من النيكل والكوبالت والمنغنيز، وتقلل استهلاك الطاقة بنسبة 8.6% وانبعاثات الكربون بنسبة 13.9% مقارنةً بطرق المعالجة الرطبة التقليدية.
تُعد هذه الطريقة متعددة الاستخدامات لترقية وإعادة استخدام المواد الخام المختلطة، مما يقلل بشكل كبير من الاعتماد على الموارد الأولية، ويحقق أقصى ربحية، مع تعزيز استدامة إنتاج البطاريات والود البيئي.
