«طلای سفید» انرژی پاک، لیتیوم یک عنصر کلیدی در باتری‌های بزرگ و کوچک است، از تلفن‌ها و لپ‌تاپ‌ها تا سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس شبکه. بنابراین استخراج لیتیوم از ضایعات باتری کاربرد های بسیاری خواهد داشت.

اگرچه لیتیوم نسبتاً فراوان است، اما این فلز سفید نقره ای به زودی ممکن است به دلیل چشم انداز پیچیده منبع یابی که تحت تأثیر رونق خودروهای الکتریکی (EV)، اهداف خالص صفر و عوامل ژئوپلیتیکی قرار گرفته اند، کمبود پیدا کند. انتظار می رود بازار جهانی باتری لیتیوم یون (LIB) با ارزش بیش از 65 میلیارد دلار در سال 2023، بیش از 23 درصد در هشت سال آینده رشد کند که احتمالاً چالش های موجود در عرضه لیتیوم را تشدید می کند.

علاوه بر این، استخراج لیتیوم از ضایعات باتری مصرف‌شده از نظر زیست‌محیطی مضر است و بسیار ناکارآمد است.

اما در جدیدترین مطالعه دانشمندان که در Advanced Functional Materials منتشر شده است، محققان یک روش سریع، کارآمد و سازگار با محیط زیست را برای بازیابی انتخابی لیتیوم با استفاده از تشعشعات مایکروویو و یک حلال به راحتی زیست تخریب پذیر توصیف می کنند. یافته‌ها نشان می‌دهد که فرآیند جدید می‌تواند تا ۵۰ درصد از لیتیوم موجود در کاتدهای مصرف‌شده LIB را در کمتر از ۳۰ ثانیه بازیابی کند و بر تنگنای قابل‌توجهی در فناوری بازیافت LIB غلبه کند.

سوهینی باتاچاریا، یکی از دو نویسنده اصلی، می‌گوید: «ما در سال‌های اخیر شاهد رشد عظیمی در استفاده از LIB بوده‌ایم که به ناچار نگرانی‌هایی را در مورد در دسترس بودن فلزات حیاتی مانند لیتیوم، کبالت و نیکل که در کاتدها استفاده می‌شوند، ایجاد می‌کند. بنابراین بازیافت LIB های مصرف شده یا استخراج لیتیوم از ضایعات باتری برای بازیابی این فلزات بسیار مهم است.

روش‌های بازیافت مرسوم اغلب شامل اسیدهای خشن هستند، در حالی که حلال‌های دوستدار محیط‌زیست جایگزین مانند حلال‌های یوتکتیک عمیق (DES) با کارایی و قابلیت اقتصادی دست و پنجه نرم می‌کنند. علاوه بر این، روش‌های بازیافت فعلی کمتر از 5 درصد لیتیوم را بازیابی می‌کنند، که عمدتاً به دلیل آلودگی و از دست دادن در طول فرآیند و همچنین طبیعت پر انرژی بازیافت است.

سلما آلهاشم، فارغ التحصیل دکترای رایس که نویسنده ارشد دیگر این مطالعه است، گفت: «نرخ بازیابی بسیار پایین است زیرا لیتیوم معمولاً پس از تمام فلزات دیگر رسوب می‌کند، بنابراین هدف ما این بود که بفهمیم چگونه می‌توانیم لیتیوم را به طور خاص هدف قرار دهیم و استخراج لیتیوم از ضایعات باتری بدون مشکل انجام شود».

دانشمندان راهی سریعتر و تمیزتر برای استخراج لیتیوم از ضایعات باتری پیدا کردند بیشتر بخوانید: کارت گرافیک دوگانه اینتل Arc B580؛ قدرتی نو در راه است؟

“در اینجا ما از یک DES استفاده کردیم که مخلوطی از کولین کلرید و اتیلن گلیکول است، با توجه به کار قبلی خود می‌دانیم که در حین شستشو در این DES و استخراج لیتیوم از ضایعات باتری، لیتیوم توسط یون‌های کلرید از کولین کلرید احاطه شده و به محلول شسته می‌شود.”

برای شسته شدن فلزات دیگر مانند کبالت یا نیکل، هم کولین کلرید و هم اتیلن گلیکول باید در این فرآیند دخالت داشته باشند. محققان با علم به اینکه از بین این دو ماده تنها کلرید کولین در جذب امواج مایکروویو خوب است، مواد زائد باتری را در حلال غوطه ور کردند و آن را با تشعشعات مایکروویو منفجر کردند.

باتاچاریا گفت: “این استخراج لیتیوم از ضایعات باتری به ما اجازه داد لیتیوم را به طور انتخابی از فلزات دیگر شسته کنیم.” استفاده از تشعشعات مایکروویو برای این فرآیند شبیه به نحوه گرم کردن سریع غذا توسط مایکروویو آشپزخانه است.

در مقایسه با روش‌های گرمایش معمولی مانند حمام روغن، گرمایش به کمک مایکروویو می‌تواند تقریباً ۱۰۰ برابر سریع‌تر به کارایی مشابهی دست یابد. به عنوان مثال، با استفاده از فرآیند مبتنی بر مایکروویو، تیم دریافتند که 15 دقیقه طول می کشد تا 87 درصد لیتیوم شسته شود، در حالی که 12 ساعت لازم برای به دست آوردن همان نرخ بازیابی از طریق گرمایش حمام روغن است.

الهاشم گفت: «این همچنین نشان می دهد که انتخاب پذیری نسبت به عناصر خاص را می توان به سادگی با تنظیم ترکیب DES به دست آورد. مزیت دیگر پایداری حلال است: از آنجایی که روش حمام روغن بسیار بیشتر طول می کشد، حلال شروع به تجزیه می کند، در حالی که با چرخه های گرمایش کوتاه مایکروویو این اتفاق نمی افتد.

این روش موفقیت آمیز از استخراج لیتیوم از ضایعات باتری می تواند به طور چشمگیری تأثیر اقتصادی و زیست محیطی بازیافت LIB را بهبود بخشد و راه حلی پایدار برای یک مسئله جهانی رو به رشد ارائه دهد.

تالیف:
فروشگاه اینترنتی آ.اس.پ (اقتباس از مقاله‌ای از Techxplore)
در صورت استفاده از این مقاله، نام و آدرس فروشگاه اینترنتی آ.اس.پ را به عنوان منبع ذکر کنید.