روشی جدید، باتری‌های موبایل قدیمی و لیگنین صنعتی را به ماده‌ای با کارایی بالا برای باتری‌های سدیم-یونی تبدیل کرده است.
به گزارش سرویس علمی تکناک، این نمونه‌ای برجسته از نوآوری در اقتصاد چرخشی به حساب می‌آید؛ به جای آنکه این ضایعات در زمین دفن شوند یا بسوزند، تیم تحقیقاتی چینی به آنها فرصت یک حیات فناورانه دوباره داده است. زمانی که این کامپوزیت شامل سولفیدهای نیکل-کبالت و کربن استخراج‌شده از لیگنین به عنوان آند باتری سدیم-یونی آزمایش شد، نتایج الکتروشیمیایی قابل توجهی به دست آمد. استفاده از این مواد زائد فراوان می‌تواند هزینه تولید را کاهش دهد و راهکارهای بهینه‌تر ذخیره انرژی برای خودروهای برقی و شبکه‌های قدرت فراهم کند.
محققان دانشگاه کشاورزی شنیانگ چین توضیح دادند: «باتری‌های سدیم-یونی جذابیت زیادی دارند، چرا که سدیم فراوان، کم‌هزینه و سازگار با محیط زیست است.» آنها تصریح کردند: «با وجود این، توسعه مواد الکترودی کارآمد همچنان چالشی اساسی است و یافته‌های ما نشان می‌دهد بازیافت ضایعات الکترونیکی می‌توانند راه‌حلی عملی ارائه دهند.»
حتما بخوانید: خودروسازان بزرگ روی باتری‌های سدیم-یونی برای خودروهای برقی ارزان سرمایه‌گذاری می کنند + تصویر
در این پروژه بازیافت ضایعات الکترونیکی و باتری‌ها، تیم تحقیقاتی از تکنیک سنتز هیدروترمال بهره برد. این روش امکان استخراج فلزات کلیدی مانند نیکل و کبالت را از باتری‌های قدیمی فراهم می‌کند و سپس این ترکیبات با کربن استخراج‌شده از لیگنین (محصول جانبی مهم تولید کاغذ و بیوفیول) ترکیب می‌شوند. کامپوزیت حاصل تنها یک ماده بازیافتی نیست، بلکه یک الکترود پیشرفته با عملکرد بالا است. لیگنین به عنوان پوشش کربنی مقاوم، رسانایی الکتریکی را افزایش می‌دهد و ساختار الکترود را تثبیت می‌کند، در حالی که سولفیدهای فلز بازیابی‌شده نقاط واکنش لازم را برای ذخیره یون‌های سدیم فراهم می‌آورند.
بیشتر بخوانید: باتری کلسیم-یونی چین تهدیدی برای سلطه باتری‌های لیتیوم-یونی
ساختار ویژه این ماده، انتقال کارآمد یون‌ها را تضمین و یکپارچگی ساختاری طولانی‌مدت را حفظ می‌کند. در آزمایش‌ها، ظرفیت تخلیه اولیه این ماده بیش از ۱۰۰۰ میلی‌آمپر ساعت بر گرم ثبت شد و حتی در شرایط توان بالا، عملکرد قوی و پایدار داشت. محققان تأکید کردند: «حتی در تراکم‌های جریان بالا، ظرفیت قابل توجه حفظ شد و نشان داد که این ماده توانایی پشتیبانی از فرایندهای شارژ و تخلیه سریع را دارد.»
باتری‌های سدیم-یونی جایگزین پایدار لیتیوم
تامین نیازهای روزافزون انرژی پایدار نیازمند موادی است که تعادلی میان هزینه و عملکرد بالا ایجاد کنند. باتری‌های سدیم-یونی به دلیل فراوانی و ارزان بودن سدیم، جایگزینی پایدار برای لیتیوم محسوب می‌شوند و می‌توانند در ذخیره انرژی شبکه، خودروهای برقی و تجهیزات قابل حمل کاربرد داشته باشند. با وجود این، ساخت مواد الکترودی کارآمد چالشی اساسی بوده است. این روش نوآورانه دو مشکل محیط زیستی شامل بازیافت ضایعات الکترونیکی و بهره‌برداری مفید از محصولات جانبی صنعتی را به صورت هم‌زمان حل می‌کند. این فناوری مسیر بازیافت پایدار برای میلیون‌ها باتری دور ریخته‌شده سالانه ایجاد می‌کند و هم‌زمان لیگنین صنعتی را به جزء کلیدی فناوری انرژی پاک تبدیل می‌نماید.
محققان خاطرنشان کردند: «هدف ما فراتر رفتن از بازیافت سنتی و ارائه استفاده با ارزش واقعی از ضایعات بود. با تبدیل باتری‌های دور ریخته‌شده و لیگنین صنعتی به مواد انرژی پیشرفته، می‌توان هزینه‌ها را کاهش داد، منابع را حفظ کرد و فناوری‌های پاک‌تر را پشتیبانی نمود.» اگرچه عملکرد آزمایشگاهی موفقیت مهمی محسوب می‌شود، اما هنوز مشخص نیست که این روش، قابلیت گسترش صنعتی دارد یا خیر. در صورت موفقیت، می‌تواند هزینه تولید را کاهش دهد و پذیرش تجاری باتری‌های سدیم-یونی را تسریع کند.
یافته‌ها در مجله BiocharX منتشر شده است.
