هذا العام ، من المتوقع أن تقفز مبيعات EV العالمية بنسبة 25 ٪ تقريبًا مقارنة بعام 2024. مع ارتفاع الطلب على السيارات الكهربائية ، هناك مصدر قلق لاعب لخبراء الصناعة: اكتشاف أفضل طريقة لإعادة عرض البطاريات التي تضم عدة مائة باوند التي تعمل على تشغيل هذه المركبات.
وفقًا لدراسة أجريت عام 2023 أجرتها McKinsey ، فإن العرض العالمي لبطاريات EV لإعادة التدوير يتزايد بشكل مطرد ومن المتوقع أن يصل إلى 7،850 كيلووتات في عام 2035. في نفس العام ، لا تزال مشاريع McKinsey التي تعيد تدوير بطارية EV عبارة عن عملية إعادة التدوير 7.2 مليار دولار في الولايات المتحدة حاليًا ، على الرغم من أن الخبراء لا يزالون يحاولون في الحصول على أفضل طريقة لتوضع عملية إعادة التدوير. إن الاستراتيجية السائدة هي تقنية تتضمن بشكل أساسي تمزيق بطاريات EV في مسحوق Superfine – وهي عملية أثبتت مكلفة ومعقدة وغير فعالة.
الآن ، نشر الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا دراسة توضح طريقة جديدة لتجاوز خطوة التمزيق تمامًا. وفقًا لـ Yukio Cho ، المؤلف الرئيسي في الدراسة وزميل ما بعد الدكتوراه في Stanford Energy ، قام الفريق بتطوير طريقة جديدة لبناء بطارية تجعل من الأسهل بكثير فصل أجزاء المكونات ، مما يجعلها جاهزة لإعادة التدوير.
الحالة الحالية لإعادة تدوير EV
الطريقتان الرئيسيتان اللتان يتم فيه تحويل بطاريات EV بعيدًا عن مدافن النفايات من خلال إعادة الاستخدام وإعادة التدوير. تجد بعض الشركات طرقًا لإعادة عرض بطاريات EV بعد أن لم تعد مناسبة للقيادة. تتمثل إحدى الشركات الناشئة في استخدام بطاريات EV المتقاعدة لتشغيل مركز بيانات بأكمله في نيفادا ، على سبيل المثال ، في حين أن هناك بطاريات أخرى يتم إعادة استخدام البطاريات القديمة لتشغيل محطات شحن EV جديدة.
يبحث الآخرون عن طرق لكسر هذه البطاريات وإعادة استخدام مكوناتهم القيمة. يتمثل معيار الصناعة الحالي في تمزيق البطاريات إلى مسحوق ناعم يسمى “الكتلة السوداء” ، والذي يجب فرزه في أجزاء معدنية قابلة للإنقاذ. عملية الفرز فوضوية ومعقدة ، وغالبًا ما تتطلب مرافق متخصصة في أسواق إعادة التدوير المتقدمة مثل الصين لجعل المعادن قابلة للاستخدام بالفعل. حتى ذلك الحين ، يقول تشو ، إن الأحماض المستخدمة لفرز المعادن يمكن أن تشكل مخاطر بيئية – ولأعلى كل شيء ، تكون العملية برمتها مكلفة.
يقول تشو: “المكونات الأولية معقدة للغاية”. “بمجرد إنشاء هذه الكتلة السوداء ، من الصعب حقًا جعل استرداد المواد الهامة إيجابية للتكلفة.”
يقول تشو إنه لا يوجد الكثير من الإجماع بين الخبراء اليوم حول عدد بطاريات EV التي يتم إعادة تدويرها بالفعل وعدد عددهم من يتم تحويلها إلى مدافن النفايات. ما هو واضح ، مع ذلك ، هو أن هناك الكثير من الدافع لتحويل تصنيع EV إلى اقتصاد أكثر دائرية. للبدء ، يشكل ساحة النفايات الإلكترونية في أكوام القمامة خطر ترشيح المواد الخطرة في التربة والماء. من منظور اقتصادي ، تحتوي بطاريات EV أيضًا على معادن قيمة مثل النيكل والكوبالت والمنغنيز والليثيوم ، والتي يمكن حصادها وإعادة استخدامها لمنع عمليات التعدين أكثر تكلفة وملوقية.
تخيل بطارية EV مثل شطيرة لحم الخنزير
للتنزه حول مسألة Black Mass بالكامل ، قرر تشو وفريقه اتباع نهج جديد تمامًا لتصميم بطارية EV.
“حتى الآن في صناعة البطاريات ، ركزنا على المواد والتصاميم عالية الأداء ، وحاولنا لاحقًا اكتشاف كيفية إعادة تدوير البطاريات المصنوعة من الهياكل المعقدة ومواد صعبة في إعادة التركيز”. أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في مقابلة. “إن نهجنا هو البدء بمواد قابلة لإعادة التدوير بسهولة ومعرفة كيفية جعلها متوافقة مع البطارية.”
تتكون بطاريات EV من ثلاثة أجزاء رئيسية: الكاثود المشحون إيجابيا ، والكاثود المشحون سلبًا ، والكهرباء التي تغلق أيونات الليثيوم بينهما. عادةً ما يتم إغلاق بطاريات EV بإحكام لدرجة أنه من أجل تفكيكها بكفاءة ، يصبح تمزيقها أفضل طريقة لإعادة تدويرها. إن الابتكار الجديد من فريق MIT هو مادة كهربائية جديدة ، عندما تنقع في مذيب عضوي ، “فقط يذوب مثل حلوى القطن” ، تفصل بين أجزاء البطاريات بسهولة.
يقارن CHO الابتكار بساندويتش لحم الخنزير الافتراضي. تخيل أن السندوتش قد تم لصقه ، ومن أجل استرداد الخبز والخس ولحم الخنزير ، تم تمزيقه ويجب فرزه بواسطة جزيئات دقيقة. الآن ، تخيل أن الساندويتش تم تجميعها من قبل مايو بدلاً من ذلك: يمكنك بسهولة فصل جميع مكونات السندويشات. هذا هو الفرق في الأساس بين خطوة إعادة تدوير الكتلة السوداء وعملية الإلكتروليت التي يعمل عليها فريقه.
أنشأ فريق تشو بطارية الحالة الصلبة لاختبار المواد ، ووجد أنها صمدت متطلبات البطارية. بعد ذلك ، بمجرد علاج البطارية بمذيب عضوي ، تم حل المادة – تُرفع ضرورة خطوة تمزيق بالكامل.
ماذا بعد
هناك بعض أوجه القصور مع النموذج الأولي القابل للذوبان الحالي. للبدء ، يقول تشو إن أداء بطارية الاختبار كان أقل بكثير من أداء البطاريات التجارية القياسية اليوم.
يقول تشو: “الأداء على مستوى لن تفكر فيه الصناعة أبدًا – إذا كان لديك جهاز iPhone 13 ، فلن تفكر أبدًا في تبديل ذلك لجهاز iPhone 4”. “إن مطابقة الأداء مع البطاريات الحديثة هي بالتأكيد تحد لم يظهرناه بعد.”
يقول تشو ، إن جزءًا من عجز الأداء هذا يأتي من حقيقة أن فريقه قام ببناء بطاريته من الألف إلى الياء. على الرغم من أن ذلك سيكون على الأقل قبل عدة سنوات قبل أن تكون هذه المادة الجديدة قابلة للحياة تجاريًا ، إلا أنه يعتقد أنه يمكن تبديله في بطاريات EV المستقبلية دون الكثير من المتاعب على أجزاء المصنعين.
يقول تشو: “أعتقد في المستقبل ، يمكننا دمج هذه المادة كجزء من البطارية”. “إذا كنت تتخيل أنه يذوب مثل حلوى القطن ، فقد تكون مجرد طبقة رقيقة جدًا في مكان ما بين الأجزاء المكونة. وهذا سيخدم الغرض من فتح البطارية بطريقة مستقلة.”
