تقنية ثورية لإعادة تدوير بطاريات السيارات الكهربائية بنسبة نقاء 99%
نون - طوّر فريق من العلماء في كوريا الجنوبية عملية صديقة للبيئة لإعادة تدوير بطاريات السيارات الكهربائية، تمكنت من استخلاص أكثر من 95% من عنصري النيكل والكوبالت من البطاريات القديمة بنقاء شبه تام وصل إلى 99%، ما يمثل إنجازاً علمياً قد يعيد تشكيل صناعة بطاريات الليثيوم أيون عالمياً.
ونُشرت نتائج الدراسة في دورية Energy Storage Materials، بدعم من وزارة التعليم الكورية ومؤسسة الأبحاث الوطنية في كوريا وجامعة UNIST.
وجاء هذا الابتكار على يد باحثين من معهد أولسان الوطني للعلوم والتكنولوجيا (UNIST)، الذين طوروا تقنية فصل كيميائي انتقائية تعتمد على التحليل الكهربائي باستخدام مذيب خاص متعدد الوظائف، دون الحاجة إلى المعالجات الكيميائية المعقدة أو إنتاج كميات كبيرة من المياه العادمة الخطرة.
وأوضح البروفيسور كويونغ كيم، من قسم الهندسة المدنية والبيئية بالمعهد، أن التقنية الجديدة تتغلب على المعضلة القديمة بين نقاء المعادن ومعدل استرجاعها في عمليات الفصل الكهروكيميائي، مما يجعلها حلاً مستداماً وفعالاً من حيث التكلفة.
وتُعرف بطاريات الليثيوم أيون المستهلكة باسم "المناجم الحضرية" (Urban Mines)، نظراً لاحتوائها على معادن حيوية مثل النيكل (Ni) والكوبالت (Co) والمنغنيز (Mn)، إلا أن وجود هذه المعادن معاً يشكل تحدياً كبيراً في عملية الفصل الفعّالة.
وتعتمد الطرق التقليدية عادة على الأحماض القوية مثل حمض الكبريتيك، إلى جانب عمليات استخلاص كيميائية متعددة الخطوات، مما يجعلها مكلفة وملوثة للبيئة.
وللتغلب على ذلك، استخدم علماء UNIST مذيباً يُعرف باسم "الإيثالين" (ethaline)، وهو خليط من الإيثيلين غلايكول وأيونات الكلوريد، يعمل على الارتباط الانتقائي بأيونات النيكل، بينما تُكوِّن أيونات الكلوريد مركبات مستقرة مع الكوبالت تُعرف باسم رباعي كلوروكوبالتات.
هذه العملية سمحت بفصل المعدنين بدقة عالية، إذ تم ترسيب النيكل عند –0.45 فولت والكوبالت عند –0.9 فولت، ما أوجد نافذة كهروكيميائية دقيقة مكّنت من استرجاع كل معدن على حدة بكفاءة غير مسبوقة.
وأظهرت النتائج أن الفريق حافظ على فرق جهد ثابت بين المعدنين حتى في درجات حرارة مرتفعة وصلت إلى 85 درجة مئوية، وحقق معامل فصل يتجاوز 3000 واسترجاع أكثر من 97% من النيكل من العينات التركيبية.
وعند تطبيق التقنية على محاليل بطاريات النيكل–كوبالت–منغنيز (NCM) الفعلية، وصلت النقاوة إلى 99.1% للنيكل و98.8% للكوبالت، مع معدلات استرجاع تجاوزت 95%.
كما أن عملية الترسيب الكهربائي أسهمت في تنقية النيكل تلقائياً بفضل تكوين الكلور في المذيب، دون الحاجة إلى مراحل إضافية، بينما يمكن إعادة استخدام المحلول بأمان بعد معادلته، مما يقلل من التأثير البيئي والتكاليف التشغيلية.
وأكد البروفيسور كيم أن الطريقة الجديدة تقلل استخدام المواد الكيميائية وتحد من النفايات السائلة، مما يساهم في بناء منظومة أكثر استدامة لإعادة تدوير البطاريات.
