مقدمه

 

این مقاله پیشتر، بازار وسيع  ماشين هايي با باتري هاي پيشرفته تا زماني كه باتري ها بازيافت شوند  را برسي ميكند . این سیستم ،  بازیافت را با استفاده از بازیافت باتری اسید سرب به عنوان یک مدل توصيف ميكند .  باتری های لیتیوم  خودرو (لیتیوم یون) بازیافت پیچیده تري دارند و  هنوز انجام نميشود زیرا تعداد كمي از باتري هاي مصرف شده نياز به بازيافت براي مصرف در دهه اينده را دارند. در نتیجه این امکان وجود دارد که برخی از موانع فنی، اقتصادی و سازمانی که ممکن است به وجود بيايد را از بین ببریم. این مقاله در حال حاضر اقداماتی را كه برای جلوگیری از موانع بازیافت نشان ميدهد  و اطمینان از اینکه گزینه های اقتصادی و پایدار در پایان عمر مفید باتری در دسترس هستند.

 

١ . معرفي

 

بازیافت، به تنهایی، ذاتا خوب یا بد نیست.  برای بعضی از مواد مانند شیشه  مزایاي آن مورد شك هستند و به عواملي مانند فاصله حمل و نقل بستگی دارد. بحث هایی در مورد مزایای  دفع ساده باتری های قلیایی اولیه وجود دارد  زیرا  فراوان و غیر سمی هستند، در حالیکه باتری ها دیگر جیوه نيز  ندارند. با این حال، در مورد  باتری های خودرو، مزایای زیست محیطی آن واضح است، و  انوع باتری و روش هاي بازیافت متفاوتي وجود دارد . مزایای اقتصادی بالقوه نیز وجود دارد. اگر از باتري هاي مصرف شده ، مواد قابل استفاده بازیافت شود، مواد خام کمتري باید از زمین استخراج شوند. اگر مواد خام از خارج كشور بيايند، با بازيافت داخل كشور كالاهايي كه نياز به واردات دارند كاهش ميايد و  تراز پرداخت ها را بهبود می بخشد. علاوه بر این، اثرات قابل توجه منفی زیست محیطی ناشي از معادن و پردازش سنك معدن (به عنوان مثال، انتشار SOX از ذوب سنگ معدن سولفید، مانند کسانی که مس، نیکل و کبالت را تولید می کنند) رخ می دهد، و اگرمواد قابل بازیافت باشند، اين اثر كاهش مي يابد . بازیافت اثرات محیطی خود را دارد، اما  به طور کلی کمتر از محصولات اولیه است. البته، استثنائات وجود دارد، مانند بازیافت لیتیوم از اسلگ فرايند پيرومتالوروژي .  با بازیافت مواد هزینه های پردازش برای دفع زباله ها وجود نخواهد داشت .علاوه بر این، برخی از باتری های ذخیره شده به عنوان زباله های خطرناک طبقه بندی می شوند، هزینه های حمل و نقل و دفع را افزایش می دهند، و همچنین تلاش هایی که برای دستیابی به الزامات قانونی صورت می گیرد. باتری های لیتیوم یون به عنوان مواد خطرناک متداول کلاس 9 طبقه بندی می شوند و باتری های سرب اسید به عنوان مواد خطرناک خ کلاس 8 تحت قوانین ایالات متحده ذکر شده است.

 

باتری های لیتیوم یون در مقادیر قابل توجهی برای نیروی موتور استفاده ميشوند. انتظار می رود  عمر اين باتري ها برابر باعمر وسیله نقلیه باشد ،  اما بيشتر از ١٠  سال عمر مفیدی نخواهند داشت. ممكن است از آن برای ذخیره انرژی برق استفاده شود، اما در نهایت زندگی مفید آنها پایان خواهد یافت. سوال این است که چه اقداماتی باید انجام شود تا اطمینان حاصل شود که این باتری های لیتیوم یونی بازیافت می شود. در یک سیستم ایده آل، این باتری ها برای بازیافت ارسال می شود و به کشورهای در حال توسعه با مقررات کمتر زیست محیطی، بهداشتی و ایمنی صادر نمی شود. روش های مورد نیاز برای حمل و نقل سالم و مقرون به صرفه و پردازش بطری های مصرف شده و همچنین ریزش موهای سازگار با محیط زیست مورد نیاز است. افزون بر این، محصول بازیافتی باید به اندازه کافی با کیفیت باشد تا بازار مناسب را پیدا کند. خوشبختانه، یک سیستم بازیافت باتری در حال حاضر است که خوب کار می کند.

 

 

مثالي از باتري هاي اسيدي – سربي

 

باتریهای سرب بیشتر از هر محصول دیگری بازيافت  می شود (نگاه کنید به شکل 1). حتی با برنامه های تبلیغاتی، اموزش، و دست يابي آسان ، بازیافت محصولات معمولی مصرف کننده در ایالات متحده، موفق نبوده است. با این حال، باتری های سرب اسید (و به میزان کمتر از لاستیک دور انداخته شده) میزان بازیافت نمونه ای را به دست آورده اند. در ایالات متحده، حدود 99 درصد از باتری های اسید سرب بازیافت می شوند . بازیافت باتری لیت اسید (پبد اسید) نیز در اروپا و ژاپن به خوبی کار می کند. در مناطق محروم، عملیات زيرزميني از کودکان برای جدا کردن باتری ها و الکترونیک برای ذوب  بدون کنترل انتشار استفاده می کنند و اسید آلوده به سرب را به آب عرضه می کنند، اما این شیوه ها در حال حاضر حذف شده است .

 

تا به امروز، مدل نشان داده شده در شکل 2 به طور قابل توجهی برای بازیافت باتری اسید سرب کار کرده است. ما در نظر می گیریم که آیا برخی از تغییرات این مدل برای سایر انواع باتری کار می کنند.

 

 

مقایسه انواع باتری های خودرو

 

قبل از این هرچيز ، ابتدا بايد  ساختارهای فیزیکی و شیمیایی انواع مختلف باتری های خودرو را مقایسه کنید، یعنی باتری های اسيدي-سربي که برای استارت سوئیچ روشنایی (SLI) استفاده می شوند و معمولا در  اکثر اتومبیل ها یافت می شود، باتری های نیکل متال هیدرید (Ni-MH) استفاده شده در وسایل نقلیه هیبریدی و باتری های  Li – ion در خودروهای plug-in  و بعضی از خودرو هاي هیبریدی استفاده می شود. دو نوع باتری برای موتور و گرمایش و  تهویه هوا (HVAC) مورد استفاده قرار می گیرند،  بعضی از  اين طرح ها  در برنامه هاي   SLI معمولی  استفاده می شوند. این ها بعدا مورد بحث قرار می گیرند. سه نوع باتری از لحاظ ساختار شبیه هستند اما از نظر شیمیایی کاملا متفاوت هستند. هر باتري متشكل  ازالکترود هايي (کاتد و آند) است كه   روی شبکه ها یا فویل هایی که به عنوان جمع کننده های جریان هستند و  الکترولیت هايي که جريان را  بین الکترود ها منتقل ميكند .

 

 

این اجزاء در محفظه قرار می گیرند. همانطور که در جدول 1 نشان داده شده، ترکیب این اجزا تا حد زیادی در میان انواع باتری ها  متفاوت است.

 

 

 

 

 

اسيد-سرب (pb-acid) نيكل متال هيدريد (Ni-MH) ليتيوم يون

(Li-ion)

كاتد Pbo2 Ni(oH)2 LiMO2
صفحه كاتد/فويل Pb Ni foam Al
آند Pb MH (AB5) Graphite
صفحه اند/ فويل Pb Ni-plated steel Cu
الكتروليت H2so4 KOH Organic solvent + LiPF6
جداكننده PE or PVC w/silica Polyolefin PE/PP
سلول PP Stainless steel Varies (metal or laminate)

 

 

واضح است که  تعداد مواد تشكيل دهنده انوع باتری در طول  جدول افزایش می یابد.  هرچه مواد تشكيل دهنده باتری متنوع تر باشد بازيافت پیچیده تر است. برای باتری های Pb-acid تمام اجزای داخلی حاوی سرب است که حدود 60 درصد از حجم  باتری را تشکیل می دهد. به غیر از اتصال دهنده های الکتریکی که می توانند هنگام باز شدن سلول ها برداشته شوند هیچ فلز دیگری وجود ندارد؛ در نتیجه، هیچ فرايند جداسازي وجود ندارد. از آنجا که در باتري Ni-MH نيكل غالب است، می توان روي بازيافت آن تمركز كرد .  علاوه بر این، آلیاژ نیکل و فولاد که از فرآیندهای بازیافت فعلی حاصل می شود، فرآيند  ارزشمندی برای تولید فولاد ضد زنگ است و امروزه این باتری ها از نظر اقتصادی قابل بازیافت هستند. بسیاری از مواد مختلف در یک باتری لیتیوم معمولی وجود دارد كه بازيافت را پيچيده ميكند.

 

 

بازيافت باتري هاي اسيد – سرب

 

دفع از باتری های پبد اسید در اکثر ایالت ها غیر قانونی است و بسیاری از ایالت ها نیاز به سرمايه به عنوان یک انگیزه برای مشتريان جهت بازگرداندن باتری ها دارند. اکثر باتری های Pb-acid جمع آوری می شوند، زمانی که  نوع جديدي باتري  مورد استفاده قرار می گیرند (نمایندگی ها درخواست انها را ميپذيرد و براي حل مشكلاتشان پول پرداخت ميكند). در بعضی موارد، باتری های قابل حمل را می توان به طور متقابل جهت كاهش هزينه هاي حمل و نقل به كارخانه ها بازگرداند( در ايالات متحده ) . علاوه بر این، طبق قانون، باتری ها از وسایل نقلیه از رده خارج شده ،جدا ميشوند و تكه تكه ميشوند. مقررات مربوط به حمل و نقل و پردازش باتری ها در محل و به طور گسترده ای شناخته شده است.

 

همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، اجزای باتری سرب – اسید با یک فرایند ساده بازیافت می شوند. اول،  باتری شکسته شده است، و الکترولیت هاي اسید سولفوریک تخلیه و جمع آوری ميشود . صفحات و اتصالات را می توان در این مرحله حذف و  بازیابی کرد.

 

(شکل 3 صفحات و موارد بازیابی شده  را نشان ميدهد ) به جای آن، باتری تخلیه را می توان برای کاهش اندازه به یک چکش فرستاده و پلاستیک و سرب را می توان با یک دستگاه شناور ساده از هم جدا کرد. سرب بازيابي شده (یک فلزبا ذوب پایین) برای ساخت قطعات جدید باتري  استفاده می شود. انتشار آلاينده سرب و گوگرد از ذوب ثانويه توسط آژانس حفاظت محيط زيست به شدت تنظيم ميشود.  پلاستیک ذوب شده و براي مواد جديد قالب بندی می شود. از اسيد ميتوان براي ساخت و پردازش نمك هاي سولفات از جمله ساخت صابون استفاده كرد .

 

عملیات بازیافت  سودآور است، زیرا سرب بازیافت شده (به شکل عنصری باز گشته و تصفیه شده) به  کیفیت بالا شناخته شده است، بنابراین انگیزه کمی برای صادرات به مکان هایی با مقررات کمتر سختگیرانه وجود دارد، اگرچه برخی از باتری ها  به مکزیک صادر ميشوند .  بعضی از تولیدکنندگان باتری ترجیح می دهند سرب نو به حاي بازيافتي داشته باشند

یک دلیل کلیدی برای موفقیت بازیافت باتری اسید -سرب  این است که اساسا تمام تولید کنندگان از مواد خام مشابهی استفاده می کنند: سرب، اکسید سرب و اسید سولفوریک در مواد پلی پروپیلن. از آنجا که طراحی باتری برای تولید کنندگان مشابه است،  از تکنولوژی خودکار می توان برای جداسازی باتری استفاده کرد. به طور خلاصه، بازیافت سرب اسید به خوبی کار می کند، زیرا سودآور است، استفاده از باتری ها بدون بازیافت است ممنوع است ، جداسازی باتری به دلیل طراحی استاندارد مورد استفاده ساده است، شیمی باتری نیازی به جداسازی ندارد و پروسه بازیافت ساده است .

 

2.2 بازیافت باتری نیکل- فلز -هیدرید

 

باتری های Ni-MH با فرمت های بزرگ در وسایل نقلیه های هیبریدی استفاده ميشوند که برخی از آنها نیاز به استفاده مجدد یا بازیافت دارند. یک سیستم بازیافت در حال حاضر در محل است، زیرا باتری های مصرفی از دستگاه های کوچکتر مانند ابزار قدرت، که عمر مفید بسیار کوتاه تري دارند ،  در طول سال ها به صورت تجاری بازیافت شده است (به شکل 4 نگاه كنيد )  با این وجود، تمام مواد باتری به عنوان محصولات با ارزش  قابل بازیافت نیستند. نیکل و آهن توسط کوره دوار و کوره الکتریکی قوس دار  به عنوان Ferronickel برای تولید فولاد ضد زنگ بازیافت ميشوند .  از آنجا که این یک محصول با ارزش و بازار خوبي دارد ،  نیازی به جدا کردن نیکل از آهن نیست.

 

 

اخیرا با افزایش تقاضا باتری ها، موتورها و سایر اجزای وسایل نقلیه و توربین های بادی، همراه با سیاست های چین برای محدود کردن صادرات ( به طوری که آنها می توانند خواسته های خود را برآورده كنند)   انگیزه اقتصادی قابل توجهی برای بازیافت این فلزات  ايجاد شده است  .

باتری های نیکل متال هیدرید دارای  از لحاظ شیمیايي بسیار شبیه (AB5) هستند، اگر چه ترکیب دقیق عناصر کمیاب در هیدرید و شكل بسته بندي ها  ممکن است کمی متفاوت باشد. به همین دلیل، تفاوت در  باتری های Ni-MH مورد نیاز نیست. چندین شرکت اعلام کرده اند برنامه هایی برای بازیافت  عناصر كمياي از باتري هاي Ni-MH گزارش كرده اند . Umicore، در بلژیک، نیکل را بازسازی می کند و قراردادی را با Solvay ( Rhodia) برای پردازش خاكسترها ( فلز نيمه سوخته ) و بازیافت عناصر  کمیاب است دارد . فن آوری های Retriev (توکسو) دارای یک کارخانه در حال  ساخت در اوهایو است، که بخشی از آن توسط بودجه دریافت شده در سال 2009  تامین می شودو زمانی که اولین خط پردازش آن تکمیل می شود، عناصر کمیاب را بازیافت می کند.

 

هوندا با ژاپن  موافقت كرده است   تا باتری های Ni-MH خود را بازیافت کند. تويوتا  در استرالیا ، هنگامی که یک بسته باطری Prius باز گردانده می شود، تخفیف  100 دلاري ميدهد  . به طور خلاصه، باتری های Ni-MH به نظر می رسد که برای بازیافت موفقیت آمیز باشند.

 

2.3 بازیافت باتری لیتیوم – یون

 

چندین فاكتور باهث شده بازیافت باتری لیتیوم یون پیچیده تر از بازیافت سرب – اسید و یا Ni-MH باشد . اول ، همانطور كه درجدول نشان داده شده است ،   در باتري لیتیوم یون انواع مختلفی از مواد در هر سلول وجود دارد. مواد فعال در فرم پودر و در پوشش فويل فلزي قرار دارند ، و این مواد مختلف باید در طول بازیافت از یکدیگر جدا شوند. باتری های سرب دارای تعداد نسبتا کمی از صفحات سرب بزرگ هستند که توسط يك ماده  پلاستیکی به يكديگر وصل شده اند .  در حالی که یک بسته یون لیتیوم احتمالا دارای 100 یا بیشتر سلول ميباشد  (~ 5000  تسلا برای یک خودرو الکتریکی)، که به  هر سلول ديگري   توسط مدار كنترل متصل شده است (به شکل 5 نگاه كنيد ).  و شامل يك سیستم مدیریت حرارتی نیز مي باشد .  این اجزا می تواند باشد

احتمالا از دست ندهید یا ممکن است دارای مواد ارزشمندی باشد که انگیزه اقتصادی برای بازیافت بسته باطری را فراهم می کند.

 

در سلول ها، ترکیبات شیمیایی مواد فعال – به ویژه کاتد – با عملكرد  سازنده و باتری متفاوت ، در حال تغییر هستند، و ممکن است هرگز استاندارد نشوند . شایع ترین مواد کاتد برای باتری های موجود در لوازم الکترونیکی مصرفی LiCoO2 (LCO) است، اما ترکیب های مختلف Ni، Mn و Al می تواند برای جایگزینی برخی يا  همه کبالت جهت  بهینه سازی عملکرد و  کاهش هزینه مواد خام، که نقطه  کلیدي برای باتری های خودرو است. یکی دیگر از مواد کاتدی مورد نظر که از ورودی های بسیار ارزان استفاده می کند، LiFePO4 (LFP) است. اکثر تولیدکنندگان از یک نوع گرافیت برای آند استفاده می کنند، اما از سیلیکون نیز استفاده می شود و سایر مواد و مخلوط ها مورد مطالعه قرار می گیرند.

باتری های سرب اسید کوچک هستند و  راحت از محل خود در زیر کلاه برداشته می شوند، در حالی که بسته های بزرگتر و پیچیده تر لیتیوم یون  شکل و مکان  متفاوتي در وسیله نقلیه  دارند . در نتیجه، حذف آنها  دشوارتر باشد. با این حال، اگر از فرآيند جدا كردن به طور حرفه اي  باشد، و به افراد کمتری جهت جداسازي مناسب و اموزش نياز است . اگر باتری های لیتیوم در  کل عمر وسایل نقلیه استفاده شوند در نهايت منهدم ميشوند . بعد از این استفاده دوم، باتری های خودرو پس از آن برای ذخیره سازی انرژی ثابت مورد استفاده قرار می گیرند. جمع آوری از خانه یا تاسیسات تجاری کوچکتر دشوار خواهد بود.

 

در حال حاضر هیچ مقرراتي مربوط به بازیافت باتری های لیتیوم یون با فرمت های بزرگ وجود ندارد. این شرایط ممکن است تصور شود که برای بازیافت کنندگان مناسب است، که در طراحی فرایند هیچگونه محدودیتی ندارد. با این حال،  ممكن است آنها با بعدها با محدوديت هايي مواجه شوند . بنابراین، فرایندها باید  طوري طراحی  تا مطابق مقررات پیش بینی شده باشند. علاوه بر این، فناوری باتری همچنان در حال تکامل است.

 

باتری های لیتیوم یونی خودرو فقط برای مدت 5 سال استفاده تجاری شده اند . با این حال، باتری های لیتیوم از لوازم الکترونیکی مصرفی و همچنین پردازش ضایعات در دسترس هستند و می توانند مواد اولیه برای صنعت بازیافت نوآوری را برای باتری های لیتیوم یون خودرو عرضه کنند. چندین روش بازیافت پیشنهاد شده است، هر کدام  مزایا و معایب دارند ،  همانطور که در زیر بحث شده است .

 

2.3.1 بازیافت پيرا متالورژی (ذوب)

 

باتری لیتیوم یون پس از تبديل به سطح ماژول( واحد اندازه گيري )، به یک کوره شفت با درجه حرارت بالا همراه با یک عامل تشکیل دهنده به صورت اسلگ ( فلز باقي مانده )  که معمولا شامل سنگ آهک، شن و اسلگ  است، ريخته  می شود. الکترولیت و پلاستیک برای ذوب كردن انرژي تامين ميكنند و   فلزات ارزشمند به آلیاژ مس، کبالت، نیکل و آهن کاهش می یابند. این فلزات از طریق آلیاژ از طریق شستشو حاصل می شود. اسلگ ها ( فلزات باقي مانده ) حاوی لیتیوم، آلومینیوم، سیلیکون، کلسیم، آهن و هر منگنز که در مواد کاتد وجود دارد. بازیافت آلومینیوم یا لیتیوم از اسلگ نه صرفه جویی اقتصادی و نه صرفه جویی در مصرف انرژی است. مراحل پاکسازی گاز برای جلوگیری از انتشار مواد بالقوه سمی ضروری است. این فرآیند در حال حاضر برای باتری هایی با مواد کاتدی حاوی کبالت و نیکل تجاري است اما برای طرح های جدیدتر با اسپینل منگنز یا کاتد LFP، اقتصادی نیست (جدول 2 برای کاتدهاو مقادیر ذاتی عناصر)

 

كاتد قيمت اجناس قيمت كاتد
LiCoO2 8.30 12-16
LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 4.90 10-13
LiMnO2 1.70 4.50
LiFePO4 0.70 9

 

 

2.3.2 روند بازیافت متوسط

 

در این فرآیند، که در کانادا به طور تجاری استفاده می شود، باتری ها در یک چکش به سايز هاي كوچكتر تبديل شده ويك  تكان دهنده پلاستیک ها و فلزات مخلوط را جدا می کند. جریان آبی که از چکش خارج می شود، اکسید فلزمخلوط  و كربن فيلترميشود كه  جریان مایع است و تا حدی آب می شود. جریان مایع را می توان با خاکستر سودا مخلوط کرد تا Li2CO3 رسوب کند، که پس از آن محلول فیلتر شده و فروخته می شود. فلزات (از جمله آلومينيوم) می توانند جدا شوند و برای بازیافت ارسال شوند. با این حال، همانطور که  در بازیافت pyrometallurgical،اگر کبالت و يا نیکل در کاتد های باتری های  قرار داشته باشند اين فرايند صرفا اقتصادي است.

 

2.3.3  بازيافت مستقيم

 

این فرایند دارای مزیتی است که تقریبا تمام اجزای باتری، از جمله آلومینیوم،  جدا شده  و می توانند بعد از پردازش بیشتر استفاده شوند. مهمتر از همه، مواد کاتد ( صرف نظر از نوع آنها ) ، محصولی بالقوه ارزشمند از بازیافت مستقیم هستند . با این حال، در مورد اینکه آیا مواد بازیابی شده  مانند مواد نو هستند يا نه سوالاتي مطرح ميشود و ممکن است روي قدرت باتری و طول عمر آن اثر داشته باشد، بنابراین تولیدکنندگان ممکن است تمایلی به خرید ترکیبات بازیافتی نداشته باشند.تولیدکنندگان محصولات با استانداردهای کیفیتي خوب هميشه  از خرید مواد بازیافتی به دلیل نگرانیهای عملکردی اجتناب کرده اند . احتمالا می توان مواد بازیافت شده را در برنامه های کاربردی با الزامات کمتر سختگیرانه مورد استفاده قرار داد. کیفیت محصول بستگی به داشتن یک جریان ورودی شناخته شده و یکنواخت دارد. مخلوط کردن مواد کاتد احتمالا باعث کاهش ارزش محصول بازیافتی می شود.

 

2.3.4 بحث

 

عوامل متعددی می توانند به بهبود مجدد باتری لیتیوم یون کمک کنند. به عنوان مثال، بسته های بزرگ و شناخته شده از وسایل نقلیه از رده خارج شده  حذف می شوند، اگر یک انگیزه اقتصادی یا یک ضرورت قانونی برای انجام این کار وجود داشته باشد. آنها برای تأیید شناسایی برای مسیریابی مناسب برچسب گذاری می شوند. باتری های قابل بازیافت می توانند به تولید کنندگان اصلی بازگردانده شوند (در اروپا این ممکن است مورد نیاز باشد ( که می تواند مجددا بازیافت شود. با این حال، در حالی که این تولید کنندگان می دانند که باتری ها متشکل از چه اجزايي  هستند، ممکن است نخواهند در کسب و کار بازیافت مشغول به کار شوند و آنها مجبور خواهند شد که ترکیبات بازیافتی را که ممکن است 10 سال یا بیشتر پس از تولید اولیه منسوخ شده، پردازش کنند.

 

 

تحولات متعددی موجب می شود که بازیابی باتری لیتیوم یونی از لحاظ اقتصادی قابل قبول باشد:

  • تکنولوژی جداسازی برای خارج كردن سلول هايي كه پروسه شيميايي متفاوتي ميتوانند داشته باشند ، فرایندهای بازیافت برای هر سلول شیمیایی یا تکنولوژی است که محصولات ارزشمندی را از جریان مخلوط تولید می کند.
  • روش های جداسازی مواد کاتدی پس از پردازش اولیه؛
  • انعطاف پذیری فرآیند بازیافت بزرگ یا استاندارد سازی مواد و طرح هاي باتری و
  • حصول اطمینان از این که مقررات بازيافت را مختل نخواهد کرد.

 

تولید کنندگان  اوليه باتری می توانند از بازیافت با استفاده از طراحی برای بازیافت، از جمله مراحل زیر استفاده کنند: شامل برچسب گذاری یا سایر ویژگی های متمایزكننده ، استفاده از حداقل تعداد مواد مختلف، استاندارد سازی قالب ها و مواد، اجتناب استفاده از مواد سمی (کادمیوم، آرسنیک، جیوه ، هالوژن ها، و غیره) و طرح هایی که اجازه می دهد جدایی سازي قطعات آسان شوند. نمونه هایی از آخرین موارد عبارتند از یک سیستم خنک کننده با قابليت جداسازي ، قطعات برگشت پذیر ( پیچ و مهره به جای جوش دادن )  و اجتناب از ترکیبات  چسب برای نگهداری سلول ها در محل خودشان . البته، این تغییرات طراحی را نمی توان به قيمت هر گونه کاهش عملکرد یا ایمنی در طول عمر مفید باتری انجام داد. کمیته کنسرسیوم پیشرفته باتری ایالات متحده (USABC) در حال کار بر روی دستورالعمل های طراحی برای بازیافت برای تولیدکنندگان خودرو در ایالات متحده است.

تولیدکنندگان و بازتولیدکنندگان باتری در حال تلاش برای رفع مشکلاتی که برای بازیافت باتری لیتیوم یون در طی 10 سال گذشته دارند، هستند پیش از آنکه تعداد زیادی از باتری های بزرگ باتری خودرو آماده انهادم نهايي شوند .

 

  1. مشکل درمدل سیستم بازیافت

 

حوادث اخیر سبب ایجاد مشکلاتی در سیستم ایده آل شده است که می تواند مدل بازیافت آینده یون لیتیوم را مدل کند. بازیافت باتری های لیتیوم یون در کنار باتری های سرب اسید موجب مشکل در ذوب های ثانویه می شود. بسیاری از باتری های لیتیومی فعلی از   باتری های سرب اسید قابل تشخيص نیستند، بنابراین از آنها برای SLI ها، موتور سیکلت ها و سایر برنامه های کاربردی استفاده شده است. با این حال، ورود باطری های لیتیوم یونی در جریان ورودی ذرات سرب ثانویه منجر به آتش سوزی و انفجار  شده است. واضح است که واکنش های شیمیایی رخ می دهد؛ تبخیر از الکترولیت های آلی منجر به انفجار سلول های لیتیوم شود. بدیهی است، چنین حوادثی یک خطر جدی را ایجاد می کنند و باید  از آنها جلوگیری شوند. این باتری ها ممکن است در جریان اشتباه بازیافت از بين بروند. با این حال، به دلیل اینکه بازيافت كنندگان باتري اسید سرب  برای مواد ورودی مورد نظر خود هزينه پرداخت می کنند بعضی از اشخاص ممکن است انواع مختلف باتری را در پالت های باطری اسیدی پنهان کنند تا از پرداختن هزینه های آنها جلوگیری کنند. بازيافت كنندگان می توانند مجازاتي   برای ارسال بارهای آلوده اعمال كنند . با  این حال،  شناسايي آلودگی  دشوار است. باتری های مورد استفاده اغلب در بارگیرهای بزرگ (بیش از 3000 / ساعت تا 70،000 در روز) به کارکنان شيفت هاي مختلف انتقال می یابند و کارکنان کارخانه  تقريبا غير ممكن است كه غربالگري دقيقي انجام دهند. رانندگان همچنین بطری ها یا پالت ها را پیش غربالگر می كنند ، اما به خفاظت بيشتري نياز است .بازيافت كنندگان باتری اسید سرب می خواهند باتری های لیتیوم یون را قبل از اینکه به کارخانه هایشان برسد، برداشته شود.  اگر یک راه حل  سودمند برای بازیافت باتری های لیتیوم یونی وجود داشته باشد، مشکل کاهش می یابد. در حال حاضر، تولید کنندگان ليتيوم يون  به سمت مواد ارزان تر حرکت می کنند که مشکل را تشدید می کند.

 

 

به طور مشابه، برای بازیافت موفقیت آمیز لیتیوم، مهم است که ازورود  باتری های Pb-acid وارد شده به جريان جلوگيري شود. اسید می تواند با زیربسترهای الکترود واکنش نشان دهد و حضور سرب می تواند بازيافت كننده را مجبور به مقابله با مواد اضافی  خطرناک کند. واضح است که هر سیستمي برای بازیافت باتری نیاز به جلوگیری از آلودگی سطحی دارد. این موضوع در ایالات متحده توسط انجمن مهندسان خودرو و در اروپا توسط EUROBAT مورد توجه قرار گرفته است. هر دو گروه دارای گروه های فعال هستند که براي حل مشكلات مربوط به الودگي انواع باتري ها  در جريان بازيافت به طور دقیق تر و مناسب تر تلاش ميكنند.

 

در حالی که سیستم های جداسازی برای باتری های با فرمت های بزرگ مورد نیاز است، نقطه جدایی مطلوب در زنجیره بازیافتی نامشخص است و ممکن است قبل از پردازش نهایی، تست مجدد لازم باشد. تست ها  می تواند بر اساس چگالي متفاوت باشد: باتری های لیتیوم یون بسیار سبک تر از باتری های Pb-acid هستند. بازيافت كنندگان امیدوارند که تأمین کنندگان خود مسئوليت جريان هاي ناخواسته در انواع باتري را به عهده بگيرند تا پول بيشتري پرداخت نكنند. جداسازی دقیق به احتمال زیاد هزینه های بازیافت را افزایش می دهد. احتمالا، این هزینه های اضافي به مصرف كنندگان تحميل ميشود.   اگر تولید کنندگان از بارکد، تراشه های RFID یا رنگ يا ليبل    (به عنوان مثال در زیر نور سیاه دیده شوند) استفاده كرده باشند جداسازي آسان ميشود . برچسب گذاری هزینه  دارد  قرار دادن مناسب برچسب ها (بر روی سلول هایا بسته ها) به تکنولوژی انهدام بستگی دارد. همچنين تشويق يا تنبيه براي انواع بازيافت ميتواند مفيد باشد.

 

  1. چشم اندازي از سیستم ایده آل آينده

 

 

در حالت  ايده ال ، تحقيقات نشان داده براي ساخت باتري با شيمي و طراحي عالي نياز به تعداد كمي افراد ميباشد و يك نوع خاص باتري  به صورت یکنواخت ساخته می شوند. چيزهاي که می توانند با هم ( با يك روش) بازیافت کنند، حداقل یکی از ویژگی های متمایز مشترک دارند و ، آنها را از آنهایی که نیاز به بازیافت  با روش متفاوتي دارند، متمايز می کنند. یک راه آسان برای راه اندازی این باتری های منتقل شده به تاسیسات بازیافت مناسب به شیوه ای امن و قانونی وجود دارد. برچسب زدن کاربر پسند مسیری مناسب ميباشد . تمام باتری ها براي  بازیافت طراحی می شوند و از اتصال غیر قابل برگشت و  استفاده از مواد مشكل ساز جلوگیری می شود. روش هاي جايگزين جداسازي منجر به توسعه بازيافت شده و امكان توليد مواد با ارزش از جريان مخلوط را فراهم ميكند. استانداردهای سختگیرانه صنعت بايد اطمينان حاصل كنند که محصولات بازیافتی با همان استانداردهای با کیفیت بالا به عنوان مواد اولیه ساخته شده و در نتیجه برای استفاده مجدد پذیرفته می شوند.

 

تحقق این دیدگاه  براي  آینده قبل از اینکه تعداد زیادی از باتری های موتوری به پایان عمر مفید خود برسند، نیازمند تحقیق و برنامه ریزی برای  ده سال آینده هستند. این کار دشوار است، اما اگر تعهد گسترده ای از صنعت و دولت وجود داشته باشد، می توان آن را انجام داد.

 

تقديرنامه ها

 

این کار در ابتدا توسط اداره فن آوری خودرو وزارت انرژی ایالات متحده مورد حمایت قرار گرفت. مقاله ارائه شده  توسط UChicago Argonne، LLC، اپراتور آزمایشگاه ملی Argonne  ايجاد شده است.   Argonne، یک دفتر آزمایشگاه علمی وزارت انرژی ایالات متحده تحت قرارداد شماره DE-AC02-06CH11357 ميباشد.

نویسنده می خواهد از اداره ذخیره سازی انرژی DOE برای پشتیبانی و بازپرداخت باتری ها، USABC و کارکنان Argonne که در هنگام تهیه این کار اطلاعات و نظرات مفید ارائه می کنند تشکر کنند.

******انتشار مقاله ی فوق بدون ذکر منبع دارای پیگرد قانونی می باشد******

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *