به گزارش تجارت نیوز، امروزه باتریهای لیتیومی به قلب فناوریهای مدرن، از خودروهای برقی گرفته تا سامانههای ذخیرهسازی انرژیهای تجدیدپذیر تبدیل شدهاند. اما در کنار رشد سریع این صنعت، دو چالش اساسی وجود دارد: چگونگی افزایش عمر و پایداری باتریها و یافتن روشی پایدار برای بازیافت مواد ارزشمند آنها. اکنون گروهی از پژوهشگران در آمریکا به رهبری پروفسور یان وانگ از موسسه پلیتکنیک ووستر (WPI) در ماساچوست، به دستاوردی چشمگیر رسیدهاند. این تیم نه تنها توانسته است لیتیوم با خلوص بیسابقه ۹۹.۷۹ درصد را از باتریهای فرسوده بازیابی کند، بلکه روش تازهای برای بهبود طراحی باتریهای حالت جامد ارائه کرده است. این نوآوری میتواند آینده وسایل نقلیه برقی و فناوریهای انرژی پاک را متحول کند.
چالشهای باتریهای حالت جامد و راهحل نوین
باتریهای حالت جامد، به عنوان نسل بعدی باتریها، ایمنی و پایداری بالاتری نسبت به باتریهای لیتیوم-یونی مرسوم دارند. اما یک مشکل اساسی مانع توسعه گسترده آنها بوده است: ناسازگاری بین الکترولیتهای حالت جامد مبتنی بر هالید و آندهای لیتیوم-فلزی. برای رفع این مشکل معمولاً لایههای محافظ به باتری افزوده میشود، اما این کار هزینه و پیچیدگی ساخت را افزایش میدهد.
تیم پروفسور وانگ برای حل این مسئله، از روشی خلاقانه استفاده کرد: دوپینگ (آلایش) کلرید لیتیوم-ایندیوم با عنصر آهن. این اصلاح منجر به تولید مادهای شد که میتواند بهطور مستقیم و پایدار با آندهای لیتیوم-ایندیوم تماس داشته باشد و دیگر نیازی به لایههای محافظ پرهزینه نیست.
ویژگیهای برجسته این ماده عبارتند از:
- حفظ رسانایی یونی بالا که برای عملکرد بهینه باتری حیاتی است.
- پایداری طولانیمدت در برابر تخریب، که تاکنون بیسابقه بوده است.
- آزمایشها نشان دادند که سلولهای کامل ساختهشده با این ماده توانستند بیش از ۳۰۰ چرخه شارژ و دشارژ را با موفقیت پشت سر بگذارند و همچنان ۸۰ درصد ظرفیت اولیه خود را حفظ کنند؛ عددی که معیار کلیدی برای دوام باتری محسوب میشود.
- در آزمایش سلولهای متقارن، این ماده بیش از ۵۰۰ ساعت بدون هیچ نشانهای از تخریب کار کرد؛ چیزی که پژوهشگران آن را «اولین اثبات در این زمینه» دانستند.
به گفته وانگ: «این پژوهش، دوپینگ آهن را به عنوان یک استراتژی مؤثر برای سادهسازی طراحی باتریهای حالت جامد و افزایش عملکرد و پایداری تثبیت میکند.»
بازیافت لیتیوم؛ از باتری فرسوده تا مادهای با ارزش بالا
دستاورد دیگر این تیم، توسعه روشی ایمن و مقیاسپذیر برای بازیافت آندهای فلز لیتیوم بسیار واکنشپذیر بود؛ بخشی که بازیافت آن تاکنون چالش بزرگی برای صنعت محسوب میشد. محققان با استفاده از یک واکنش شیمیایی موسوم به تراکم آلدولی خودگردان با استون، توانستند آندهای مصرفشده را به کربنات لیتیوم (Li₂CO₃) تبدیل کنند.
ویژگی چشمگیر این فرآیند در میزان خلوص محصول نهایی بود: ۹۹.۷۹ درصد. این خلوص حتی از استاندارد مواد تازهای که برای ساخت باتریهای جدید به کار میروند نیز بالاتر است. برای اثبات عملی بودن روش، محققان کربنات لیتیوم بازیافتی را در ساخت مواد کاتدی جدید به کار بردند. نتیجه آزمایشها نشان داد که عملکرد الکتروشیمیایی این کاتدها کاملاً با کاتدهای تجاری قابل مقایسه است.
این یافته ثابت میکند که مواد بازیافتی نهتنها کیفیت بالایی دارند، بلکه میتوانند دوباره در چرخه تولید وارد شوند. این دستاورد به معنای کاهش وابستگی به استخراج لیتیوم تازه از معادن، کاهش هزینههای تولید و تسریع در پذیرش فناوریهای انرژی پاک است.
وانگ در توضیح اهمیت این پیشرفت گفت: «ما توانستیم یک مسئولیت ایمنی را به نیروی محرکهای برای بهبود تبدیل کنیم. فرآیندی ایجاد کردهایم که هم در صنعت کاربردی است و هم به ساختن آیندهای پایدارتر در حوزه انرژی کمک میکند.»
به گزارش IE، دستاوردهای اخیر تیم پژوهشی موسسه پلیتکنیک ووستر نشان میدهد که آینده باتریها روشنتر از همیشه است. از یک سو، طراحی سادهتر و پایدارتر برای باتریهای حالت جامد میتواند ایمنی و طول عمر وسایل نقلیه برقی را بهبود بخشد. از سوی دیگر، بازیافت موفق لیتیوم با خلوص بیسابقه ۹۹.۷۹ درصد، راه را برای یک اقتصاد دایرهای در صنعت باتری هموار میکند. ترکیب این دو پیشرفت میتواند مسیر را برای توسعه باتریهای قدرتمندتر، ایمنتر و پایدارتر هموار کند؛ باتریهایی که آینده حملونقل برقی و ذخیرهسازی انرژیهای تجدیدپذیر را تضمین خواهند کرد.
