باتری‌های لیتیوم یونی، انرژی وسایل مورد نیاز در زندگی روزمره ما از تلفن‌های هوشمند گرفته تا خودروهای الکتریکی را تامین می‌کنند. با این حال، با افزایش تقاضا، مشکل زباله‌های الکترونیکی نیز افزایش می‌یابد.

به نقل از آی‌ای، باتری‌های دور ریخته شده، مواد شیمیایی سمی آزاد می‌کنند که خاک و آب را آلوده می‌کنند، در حالی که استخراج لیتیوم جدید و سایر فلزات، باعث تحلیل منابع طبیعی شده و به اکوسیستم‌ها آسیب می‌رساند.

برای رسیدگی به این مسائل، گروهی از محققان چینی روش بازیافت ایمن‌تر و پایدارتری را توسعه داده‌اند که نیاز به اسیدهای خشن را با استفاده از محلول خنثی از بین می‌برد.

روشی مطمئن‌تر برای استخراج فلزات

باتری‌های لیتیوم یون قدیمی حاوی فلزات ارزشمندی مانند لیتیوم، نیکل، کبالت و منگنز هستند که می‌توانند در باتری‌های جدید مورد استفاده مجدد قرار گیرند. اکثر روش‌های بازیافت فعلی نیازمند استفاده از اسیدهای قوی یا آمونیاک برای استخراج این فلزات هستند و این فرآیندها می‌توانند به محیط زیست آسیب بزنند.

روش جدید که توسط دانشمندان دانشگاه مرکزی جنوبی در چانگشا، دانشگاه گوئیژو و مرکز تحقیقات مهندسی ملی مواد ذخیره‌سازی انرژی پیشرفته توسعه یافته است، در سطح pH خنثی عمل می‌کند و آلودگی و خطرات ایمنی را کاهش می‌دهد.

برای ایجاد این امکان، محققان دو ایده نوآورانه را با هم ترکیب کردند. یکی استفاده از «میکرو باتری‌های» کوچک برای تجزیه مواد باتری و دیگری افزودن اسید آمینه گلیسین برای کمک به استخراج فلزات بود. این ترفندها امکان بازیابی فلزات ارزشمند را بدون استفاده از مواد شیمیایی خشن فراهم می‌کند.

نقش کلیدی اسید آمینه در بازیافت پایدار

گلیسین، یک اسید آمینه رایج است که نقش مهمی در این فرآیند ایفا می‌کند. این ماده به عنوان یک عامل اتصال عمل می‌کند و یون‌های فلزی مانند لیتیوم، نیکل، کبالت و منگنز را جذب می‌کند و از تشکیل محصولات جانبی ناخواسته جلوگیری می‌کند.

علاوه بر این، گلیسین یک محلول بافر طبیعی است که محلول را در pH خنثی نگه می‌دارد و فرآیند را بسیار ایمن‌تر از روش‌های بازیافت سنتی مبتنی بر اسید می‌کند. اما شگفتی واقعی اینجاست که محلول گلیسین که پس از استخراج فلز باقی می‌ماند جزو ضایعات نیست، بلکه یک منبع است.

به جای ایجاد محصولات جانبی سمی، می‌توان از آن به عنوان کود استفاده کرد و زباله‌های شیمیایی را به یک محصول کشاورزی مفید تبدیل کرد. این بدان معنی است که نه تنها گلیسین، فرآیند بازیابی فلز را بهینه می‌کند، بلکه تضمین می‌کند که هر بخش از فرآیند به پایداری بیشتر کمک می‌کند. یک کشف کلیدی در این روش جدید، ایجاد «میکرو باتری‌های» کوچک در محلول بازیافت است. این باتری‌ها به تجزیه مواد باتری استفاده شده کمک می‌کنند و استخراج فلز را بسیار آسان‌تر می‌کنند.

محققان ذرات باتری قدیمی را با نمک آهن (II)، اگزالات سدیم و گلیسین در یک مایع خنثی مخلوط کردند. این یک لایه اگزالات نازک آهن (II) روی ذرات تشکیل می‌دهد که به عنوان یک آند عمل می‌کند، در حالی که ماده باتری به عنوان یک کاتد عمل می‌کند.

در این واکنش آهن (II) به آهن (III) تبدیل می‌شود در حالی که یون‌های اکسیژن موجود در مواد باتری به یون‌های هیدروکسید (OH–) تبدیل می‌شوند. این واکنش ساختار باتری را در هم می‌شکند و به لیتیوم، نیکل، کبالت و منگنز اجازه می‌دهد تا در محلول حل شوند. این فرآیند نه تنها سریع و کارآمد است، بلکه ضایعات مضر را نیز از بین می‌برد.

کارایی خیره کننده در بازیافت باتری

نتایج این روش فراتر از چشمگیر است. تنها در ۱۵ دقیقه می‌توان ۹۹.۹۹ درصد لیتیوم، ۹۶.۸ درصد نیکل، ۹۲.۳۵ درصد کبالت و ۹۰.۵۹ درصد منگنز را از باتری‌های استفاده شده استخراج کرد.

محلول گلیسین باقیمانده را نیز می‌توان به عنوان کود استفاده کرد و ضایعات را کاهش داد.