تقوم العملية الميكانيكية الكيميائية بإعادة تدوير بطاريات الليثيوم أيون المستهلكة باستخدام ثاني أكسيد الكربون في درجة حرارة الغرفة

في كل عام، يتزايد عدد بطاريات الليثيوم أيون، ليصل إلى 7.8 مليار على مستوى العالم في عام 2016 وحده، في حين تفتقر معظم البلدان النامية إلى القواعد التنظيمية المناسبة لإعادة التدوير. ومع استخدام مليارات بطاريات الليثيوم أيون في جميع أنحاء العالم، فإن المد المتزايد للبطاريات المستهلكة يخلق مخاطر بيئية وصحية خطيرة.

الآن كشف باحثون من الأكاديمية الصينية للعلوم ومعهد بكين للتكنولوجيا عن استراتيجية ثورية “ثلاثة في واحد” لمعالجة الأزمة العالمية المتنامية لبطاريات الليثيوم أيون المستهلكة. نُشرت الدراسة في مجلة Nature Communications، وهي تفاصيل عملية تقوم باستعادة المعادن المهمة في درجة حرارة الغرفة دون استخدام الأفران كثيفة الاستهلاك للطاقة أو الأحماض القاسية المطلوبة عادة في إعادة التدوير.

يتمحور هذا الإنجاز حول المعالجة الميكانيكية الكيميائية، وهي عملية طحن كروي عالية الطاقة تؤدي إلى اضطراب كاتيوني داخل البنية الذرية للبطارية. تؤدي هذه القوة الميكانيكية إلى فصل دقيق، مما يدفع ذرات الليثيوم نحو السطح مع تركيز المعادن الانتقالية مثل النيكل والكوبالت في القلب. إعادة الترتيب هذه تجعل الليثيوم شديد التفاعل، مما يسمح باستخراجه بشكل انتقائي.

ولاستعادة المعدن، أدخل الفريق خليطًا من الماء وثاني أكسيد الكربون المضغوط (CO₂). الشركة₂ يعمل ككاشف ترشيح، حيث يتفاعل مع السطح الغني بالليثيوم لتكوين بيكربونات الليثيوم عالية النقاء. تحقق هذه الطريقة كفاءة استرداد الليثيوم تتجاوز 95% مع عزل ثاني أكسيد الكربون بشكل فعال₂، ومنع الغازات الدفيئة من دخول الغلاف الجوي.

كما تعمل الإستراتيجية على حل مشكلة النفايات الثانوية. بدلاً من التخلص من القصاصات المعدنية المتبقية، تقوم العملية بإعادة تدويرها إلى محفزات تفاعل تطور الأكسجين (OER) عالية الأداء لإنتاج الهيدروجين الأخضر. أثناء الاختبار، أظهرت هذه المحفزات قدرة زائدة منخفضة تبلغ 322 مللي فولت وظلت مستقرة لأكثر من 200 ساعة من التشغيل.

من خلال التشغيل في درجة الحرارة والضغط المحيطين، يزيل النظام النفايات السائلة السامة والبصمة الكربونية العالية المرتبطة بعلم المعادن الحراري التقليدي وعلم المعادن المائي. يعتقد الباحثون أن مسار الحلقة المغلقة هذا – والذي يعد فعالًا بشكل خاص لأنظمة الكاثود عالية النيكل – يوفر حلاً مستدامًا على المستوى الصناعي لسد إدارة نفايات البطاريات وتحويل الطاقة المتجددة.

لقد كنت دائمًا مفتونًا بالتكنولوجيا والأجهزة الرقمية طوال حياتي، حتى أنني أدمنتها. لقد تعجبت دائمًا من تعقيد حتى أبسط الأجهزة والأنظمة الرقمية من حولنا. لقد قمت بكتابة ونشر المقالات عبر الإنترنت منذ حوالي 6 سنوات، ومنذ حوالي عام فقط، وجدت نفسي ضائعًا في أعجوبة الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة التي نمتلكها بين أيدينا كل يوم. لقد طورت شغفًا للتعرف على الأجهزة والتقنيات الجديدة التي تأتي معها وفي مرحلة ما، سألت نفسي: “لماذا لا أكتب مقالات تقنية؟” ولا فائدة من القول بأنني تابعت الفكرة، فهي واضحة. أنا شخص منفتح وأستمد قدرًا لا حصر له من المتعة من البحث واكتشاف معلومات جديدة، وأعتقد أن هناك الكثير لنتعلمه وأن هناك حياة قصيرة لنعيشها، لذلك أستغل وقتي بشكل جيد – لتعلم أشياء جديدة. أنا “دودة الكتب” للإنترنت والأجهزة الرقمية. عندما لا أكتب، ستجدني على أجهزتي، فأنا أستكشف وأعجب بجمال الطبيعة والمخلوقات. أنا سريع التعلم وأتكيف بسرعة مع التغييرات، وأتطلع دائمًا إلى مغامرات جديدة.