جامعة كورنيل الأمريكية تطور طريقة جديدة لتدوير بطاريات الليثيوم تستعيد 95% من الطاقة وتخفض التكلفة بنسبة 56%

أخبار ar.wedoany.com، طور فريق بحثي من جامعة كورنيل طريقة جديدة لتدوير البطاريات تُعرف باسم "التجديد المباشر من القطب إلى القطب" (Direct Electrode-to-Electrode Regeneration - DEER)، والتي تتيح استعادة 95% من طاقة البطاريات المستهلكة، مع خفض تكاليف التصنيع المرتبطة بالتدوير بنسبة 56%. لا تتطلب هذه الطريقة سحق البطاريات أو طحنها، بل تعتمد على تنظيف كيميائي مباشر للأقطاب الكهربائية لإعادة تأهيلها، مما يجعلها قابلة لإعادة الاستخدام في بطاريات جديدة.

تعتمد الطريقة السائدة حالياً في معالجة البطاريات المستهلكة على الحرق في أفران عالية الحرارة أو طحنها إلى "مسحوق أسود" ثم نقعها في أحماض تآكلية لاستخراج معادن نادرة مثل النيكل والكوبالت. وتتميز هذه العملية بتكاليفها المرتفعة، وانبعاثاتها الكربونية الكبيرة، وتلوثها البيئي الشديد. ويوضح البروفيسور فيبا كالرا (Vibha Kalra)، أستاذ الهندسة الكيميائية في كلية دافيلد للهندسة بجامعة كورنيل، أن هذه الطريقة الجديدة تقوم بإصلاح البطاريات دون تدمير بنيتها الداخلية، حيث تساعد عملية الذوبان في استعادة سعة البطارية، مما يقصر دورة إعادة التدوير بشكل كبير.

عادةً لا يكون السبب الرئيسي لفشل البطاريات هو استنزاف المعادن، بل التكوين التدريجي لطبقة متكلسة من الشوائب تُعرف باسم "الواجهة الطوريّة الصلبة للإلكتروليت" (Solid Electrolyte Interphase) بين القطبين الموجب والسالب أثناء دورات الشحن والتفريغ. تعيق هذه الطبقة تدفق الطاقة، على الرغم من أن جميع المواد لا تزال موجودة. بينما تتطلب طرق التدوير التقليدية تدمير المكون بالكامل لتنظيفه، فإن طريقة DEER أكثر لطفاً: حيث يفتح الفنيون غلاف البطارية، ويستخرجون الأقطاب الكهربائية السليمة، ويغمرونها في محلول من 1,3-ثنائي ميثيل-2-إيميدازوليدينون (1,3-dimethyl-2-imidazolidinone). يعمل هذا المحلول على إذابة التراكمات العازلة مع الحفاظ الكامل على البنية الداخلية للأقطاب. كما تساهم هذه العملية في تقليل تلوث الهواء وخفض استهلاك المياه الصناعية بشكل كبير.

تواجه سلاسل توريد المواد الأساسية للبطاريات عالمياً حالياً مخاطر الانقطاع، حيث تفتقر الولايات المتحدة إلى احتياطيات كافية من المعادن الحيوية اللازمة للبطاريات الحديثة، وتعتمد بشكل كبير على سلاسل توريد خارجية معقدة لاستيراد المواد، كما تفتقر إلى البنية التحتية الكبيرة اللازمة لتكرير أو إعادة بناء مسحوق البطاريات المسحوقة. تعمل طريقة DEER، من خلال الحفاظ على مكونات البطارية سليمة، على إلغاء الحاجة إلى إعادة التصنيع المكلفة في الخارج، مما يتيح إتمام عملية التدوير محلياً وبسرعة وبتكلفة أقل.

تخطط المرحلة التالية من الفريق البحثي لاختبار طريقة DEER على بطاريات صناعية أكبر حجماً، وتعديل العملية لمواجهة أشكال أخرى من تدهور البطاريات، مثل فقدان الليثيوم الدائم. وحتى الآن، تم تطبيق هذه التقنية بنجاح على بطاريات تتراوح حالتها الصحية بين 70% و80%، وهو نطاق العتبة النموذجي لإحالة بطاريات السيارات الكهربائية للتقاعد. ويعتقد الباحثون أنه من خلال استهداف آليات التدهور الإضافية، يمكن توسيع نافذة الاستعادة بشكل أكبر. نُشرت نتائج هذا البحث في 9 يونيو في مجلة "الطاقة والعلوم البيئية" (Energy and Environmental Science).

تم إعداد هذا المقال بواسطة Wedoany. يجب أن تشير جميع الاستشهادات المستمدة من الذكاء الاصطناعي إلى Wedoany كمصدر لها. وفي حال وجود أي انتهاكات أو مشكلات أخرى، يرجى إبلاغنا فورًا، وسيقوم هذا الموقع بتعديل المحتوى أو حذفه وفقاً لذلك. البريد الإلكتروني: news@wedoany.com