روش جدیدی برای بازیافت باتری که پژوهشگران مؤسسه پلی‌تکنیک ووستر توسعه داده‌اند، می‌تواند پسماند باتری‌ها را به منبعی ارزشمند برای تولید مواد با عملکرد بالا تبدیل کند. در مطالعه‌ای که در نشریه Advanced Energy Materials منتشر شد، گروهی به سرپرستی یان وانگ، استاد مهندسی مکانیک و مواد و دارنده کرسی ویلیام بی. اسمیت، پسماندهای ترکیبی
روش جدیدی برای بازیافت باتری که پژوهشگران مؤسسه پلی‌تکنیک ووستر توسعه داده‌اند، می‌تواند پسماند باتری‌ها را به منبعی ارزشمند برای تولید مواد با عملکرد بالا تبدیل کند.
در مطالعه‌ای که در نشریه Advanced Energy Materials منتشر شد، گروهی به سرپرستی یان وانگ، استاد مهندسی مکانیک و مواد و دارنده کرسی ویلیام بی. اسمیت، پسماندهای ترکیبی باتری را به مواد بازیافتی ارتقایافته برای کاتد و آند تبدیل کردند. نتایج آزمایش‌ها نشان داد سلول‌های پاکتی ساخته‌شده با این مواد، در مقایسه با نمونه‌های تولیدشده با مواد تجاری، عمر چرخه‌ای بیشتری دارند.
با افزایش استفاده از باتری‌های لیتیوم‌یونی، فشار بر منابع مواد اولیه حیاتی و حجم باتری‌های دورریخته‌شده نیز بیشتر می‌شود. بسیاری از روش‌های فعلی بازیافت بر بازیابی مواد کاتد تمرکز دارند و تبدیل پسماندهای ترکیبی باتری به محصولات باارزش نیز دشواری‌های خاص خود را به همراه دارد. گروه یان وانگ روشی توسعه داده که امکان ارتقای هم‌زمان مواد کاتدی و گرافیت استخراج‌شده از باتری‌های مستعمل را فراهم می‌کند.
تبدیل پسماند باتری به مواد با عملکرد بالا
پژوهشگران مواد کاتدی ترکیبی با محتوای نیکل پایین را به نوعی کاتد با عملکرد بالا به نام NMC622 تبدیل کردند. آن‌ها همچنین گرافیت بازیابی‌شده را خالص‌سازی و اصلاح کردند تا برای استفاده به‌عنوان ماده آندی با درجه خلوص مناسب باتری آماده شود. آزمایش‌ها بهبود انتقال یون‌های لیتیوم و پایداری چرخه‌ای در کاتد را نشان دادند. در آند گرافیتی نیز سینتیک واکنش‌های بین‌سطحی و دوام مواد افزایش یافت.
در مرحله بعد، گروه تحقیقاتی سلول‌های کامل باتری پاکتی را تنها با استفاده از مواد کاتدی و آندی ارتقایافته حاصل از بازیافت ساخت. این سلول‌ها واکنش‌های جانبی کمتری داشتند و عمر چرخه‌ای آن‌ها تقریباً دو برابر سلول‌های ساخته‌شده با مواد تجاری بود. همچنین، سلول‌های آزمایشی پس از ۲۵۹۰ چرخه شارژ و تخلیه، همچنان ۷۰ درصد از ظرفیت اولیه خود را حفظ کردند.
مزایای اقتصادی و زیست‌محیطی روش جدید
پژوهشگران علاوه بر عملکرد باتری‌ها، مزایای اقتصادی و زیست‌محیطی این فرایند را نیز ارزیابی کردند. نتایج تحلیل‌ها نشان داد که این روش قابلیت استفاده مجدد از بیش از ۹۵ درصد مواد پسماند را دارد. همچنین، سودآوری فرایند می‌تواند ۲۲٫۹ درصد افزایش یابد، درحالی‌که انتشار گازهای گلخانه‌ای ۲۷ درصد و مصرف انرژی ۲۹٫۴ درصد کاهش پیدا می‌کند. این ارقام در مقایسه با روش مرجع بازیافت به دست آمده‌اند.
یافته‌های این پژوهش مسیری فراتر از بازیابی مواد خام از باتری‌های مستعمل پیشنهاد می‌کنند؛ رویکردی که در آن پسماندهای پیچیده به قطعات کاربردی برای ساخت باتری‌های پربازده تبدیل می‌شوند. چنین روشی می‌تواند به توسعه چرخه تولید پایدارتر در صنعت باتری کمک کند و هم‌زمان، میزان منابع اولیه و انرژی موردنیاز برای تولید مواد جدید را کاهش دهد.