اخبار صنعت

دانشمندان از پوست میوه برای تبدیل باتری های قدیمی لیتیوم-یون به جدید استفاده می کنند

2021-06-16
موضوعات:
فناوری باتری ، انرژی ، دانشگاه فناوری نانیانگ ، محبوب ، بازیافت باتری ، باتری لیتیوم یون
توسط دانشگاه فنی NANYANG 29 آگوست 2020



گروهی از دانشمندان به رهبری NTU روش جدیدی را برای استفاده از ضایعات پوست میوه برای استخراج و استفاده مجدد از فلزات گرانبها از باتری های لیتیوم یونی مصرف شده به منظور ایجاد باتری های جدید ایجاد کرده اند. L-R: به عنوان پروفسور دالتون تای ، پروفسور مدهاوی سرینیواسان. اعتبار: NTU سنگاپور

دانشمندان به رهبری دانشگاه فناوری نانیانگ ، سنگاپور (NTU سنگاپور) روش جدیدی را برای استفاده از ضایعات پوست میوه برای استخراج و استفاده مجدد از فلزات گرانبها از باتری های لیتیوم یونی مصرف شده به منظور ایجاد باتری های جدید ، ابداع کرده اند.

این تیم مفهوم خود را با استفاده از پوست پرتقال ، که فلزات گرانبها را از ضایعات باتری به طور موثر بازیابی می کند ، نشان داد. آنها سپس باتری های کاربردی از این فلزات بازیافتی تهیه کردند و حداقل زباله را در این فرآیند ایجاد کردند.

دانشمندان می گویند که رویکرد هدر رفتن آنها به منابع ، هم با ضایعات مواد غذایی و هم با ضایعات لوازم الکترونیکی مقابله می کند و از توسعه یک اقتصاد دایره ای با ضایعات صفر حمایت می کند ، که در آن منابع تا آنجا که ممکن است استفاده می شود. سالانه 1.3 میلیارد تن ضایعات غذایی و 50 میلیون تن زباله الکترونیکی در سطح جهان تولید می شود.

باتری های مصرفی معمولاً با حرارت شدید (بیش از 500 درجه سانتی گراد) برای ذوب فلزات ارزشمند که گازهای سمی خطرناک ساطع می کنند ، تصفیه می شوند. رویکردهای جایگزینی که از محلولهای اسیدی قوی یا محلولهای اسیدی ضعیف تر با پراکسید هیدروژن برای استخراج فلزات استفاده می کنند ، در حال بررسی است ، اما هنوز آلاینده های ثانویه تولید می کنند که خطرات سلامتی و ایمنی را به همراه دارند یا بر پراکسید هیدروژن متکی هستند که خطرناک و ناپایدار است.



این تیم مفهوم خود را با استفاده از پوست پرتقال ، که فلزات گرانبها را از ضایعات باتری به طور موثر بازیابی می کند ، نشان داد. آنها سپس باتری های کاربردی از این فلزات بازیافتی تهیه کردند و حداقل زباله های غیر سمی را در این فرآیند ایجاد کردند. اعتبار: NTU سنگاپور

پروفسور ماداوی سرینی واسان ، مدیر آزمایشگاه NTU Singapore-CEA for Research in Circular Economy (NTU SCARCE) ، گفت: "فرآیندهای بازیافت صنعتی زباله های الکترونیکی پر انرژی بوده و آلاینده های مضر و ضایعات مایع را منتشر می کند ،" اشاره به نیاز فوری به روشهای سازگار با محیط زیست با افزایش میزان زباله های الکترونیکی. تیم ما نشان داده است که این کار با مواد تجزیه پذیر زیستی امکان پذیر است.

این یافته ها بر اساس کار موجود ما در SCARCE تحت موسسه تحقیقات انرژی NTUâ ([email protected]) است. آزمایشگاه SCARCE برای توسعه روشهای سبزتر بازیافت زباله های الکترونیکی راه اندازی شد. همچنین بخشی از ابتکار پردیس هوشمند NTU است که هدف آن توسعه راه حل های پیشرفته از نظر فناوری برای آینده ای پایدار است.

استادیار دالتون تای از دانشکده علوم و مهندسی مواد و دانشکده علوم بیولوژیکی NTU گفت: در سنگاپور ، کشوری با منابع کمیاب ، این فرایند استخراج معادن شهری برای استخراج فلزات ارزشمند از انواع وسایل الکترونیکی دور ریخته شده بسیار مهم می شود. به با استفاده از این روش ، ما نه تنها با استفاده از این فلزات گرانبها تا آنجا که ممکن است مشکل کاهش منابع را حل می کنیم ، بلکه مشکل زباله های الکترونیکی و تجمع ضایعات مواد غذایی-هر دو یک بحران رو به رشد جهانی است.

این یافته ها در مجله علمی Environmental Science & Technology در ماه جولای منتشر شد.

روشی پایدار و کم هزینه

با رویکردهای صنعتی برای بازیافت ضایعات باتری که آلاینده های مضر تولید می کند ، هیدرومتالورژی - "استفاده از آب به عنوان حلال برای استخراج" - به طور فزاینده ای به عنوان جایگزین احتمالی در حال بررسی است. این فرایند شامل ابتدا خرد کردن و خرد کردن باتری های مورد استفاده برای تشکیل یک ماده خرد شده به نام جرم سیاه است. سپس محققان فلزات ارزشمندی را از توده سیاه با حل کردن آنها در مخلوطی از اسیدهای قوی یا اسیدهای ضعیف به علاوه سایر مواد شیمیایی مانند پراکسید هیدروژن در زیر حرارت ، قبل از اجازه رسوب فلزات ، استخراج می کنند.

پروفسور تای می گوید ، در حالی که نسبت به روشهای معمولی سازگارتر با محیط زیست است ، استفاده از چنین مواد شیمیایی قوی در مقیاس صنعتی می تواند مقدار قابل توجهی از آلاینده های ثانویه را ایجاد کند و خطرات ایمنی و سلامتی قابل توجهی را به همراه داشته باشد.



روشی اتلاف به منابع برای بازیافت باتری اعتبار: NTU سنگاپور

تیم NTU دریافتند که ترکیب پوست پرتقال که در فر خشک شده و پودر شده و اسید سیتریک ، یک اسید آلی ضعیف موجود در مرکبات ، می تواند به همان هدف برسد.
در آزمایشات آزمایشگاهی ، تیم دریافتند که رویکرد آنها با موفقیت حدود 90 درصد کبالت ، لیتیوم ، نیکل و منگنز را از باتری های یون لیتیوم مصرفی استخراج کرده است-اثربخشی قابل مقایسه با روش استفاده از پراکسید هیدروژن.

پروفسور Tay توضیح داد: "کلید" در سلولز موجود در پوست پرتقال نهفته است ، که در طی فرآیند استخراج تحت حرارت به قند تبدیل می شود. این قندها بازیابی فلزات از ضایعات باتری را افزایش می دهند. آنتی اکسیدان های طبیعی موجود در پوست پرتقال ، مانند فلاونوئیدها و اسیدهای فنولیک ، نیز می توانند به این افزایش کمک کنند.

وی افزود: مهم است که بقایای جامد حاصل از این فرآیند غیر سمی هستند و نشان می دهد که این روش از نظر زیست محیطی سالم است.

با استفاده از مواد بازیافتی ، آنها باتری های لیتیوم یونی جدیدی را مونتاژ کردند که ظرفیت شارژ مشابه با باتری های تجاری را نشان می داد. تحقیقات بیشتری برای بهینه سازی عملکرد دوچرخه سواری شارژ این باتری های جدید ساخته شده از مواد بازیابی در حال انجام است.
این نشان می دهد که این فناوری جدید برای بازیافت باتری های لیتیوم یونی صرف شده در مفهوم صنعتی عملاً امکان پذیر است.

این تیم در حال حاضر به دنبال بهبود عملکرد باتری های تولید شده از ضایعات باتری تصفیه شده است. آنها همچنین شرایط را برای افزایش تولید و بهینه سازی امکان حذف استفاده از اسیدها در این فرآیند بهینه کرده اند.

پروفسور مدهاوی ، که همچنین از دانشکده علوم و مهندسی مواد NTU و [email protected] است ، گفت: "این رویکرد اتلاف به منابع نیز می تواند به طور دیگر به سایر انواع زباله های میوه و سبزیجات غنی از سلولز نیز تعمیم یابد." ، و همچنین انواع باتری های لیتیوم-یون مانند فسفات آهن لیتیوم و اکسید کبالت منگنز لیتیوم نیکل. این می تواند گام های بلندی را در جهت اقتصاد دایره ای جدید زباله های الکترونیکی برداشته و به زندگی ما به شیوه ای سبزتر و پایدار کمک کند.

مرجع: ur € epتعویض مجدد ضایعات پوست میوه به عنوان یک کاهش دهنده سبز برای بازیافت باتری های لیتیوم یونی مصرف شده â € توسط ژوران وو ، تانتو سوه ، جون جی چان ، شیزه منگ ، دانیل مایر ، ماداوی سرینیوسان و چور یونگ تای ، 9 ژوئیه 2020 ، علوم و فناوری محیط زیست
DOI: 10.1021/acs.est.0c02873

این تحقیق که تحت NTU SCARCE انجام می شود ، توسط بنیاد ملی تحقیقات ، وزارت توسعه ملی و آژانس ملی محیط زیست تحت عنوان طرح تحقیق و توسعه حلقه زباله به عنوان بخشی از صندوق ادغام راه حل ها و پایداری شهری پشتیبانی می شود.