በቴክኖሎጂ እድገት እና የኑሮ ደረጃ መሻሻል ፣ ባትሪዎች በሞባይል ኤሌክትሮኒክስ መሳሪያዎች ውስጥ በሰፊው ጥቅም ላይ የዋሉ አስፈላጊ የኃይል ማከማቻ መሳሪያዎች ሆነዋል ፣ የኤሌክትሪክ ተሽከርካሪዎች, እና ታዳሽ የኃይል ማከማቻ የባትሪ ስርዓቶች. ይሁን እንጂ የአገልግሎት ዘመናቸው ውስን በመሆኑ ብዙ ጥቅም ላይ የሚውሉ ባትሪዎችን ማመንጨት በአካባቢው ላይ ከፍተኛ ስጋት ይፈጥራል። የቆሻሻ ባትሪዎች ከባድ ብረታ ብረቶች እና አደገኛ ኬሚካላዊ ንጥረነገሮች ይዘዋል እነዚህም አግባብ ባልሆነ መንገድ ህክምና ካልተደረገላቸው ለረጅም ጊዜ የሚቆይ የስነምህዳር ብክለት ያስከትላሉ፣ የሰውን ጤና አደጋ ላይ ይጥላሉ እና እንደ ሊቲየም፣ ኮባልት እና ኒኬል ያሉ ጠቃሚ የብረት ሃብቶችን ያጣሉ። ስለዚህ ከአካባቢ ጥበቃ እና ከሀብት አጠቃቀም አንፃር ጥቅም ላይ የዋሉ ባትሪዎችን በብቃት ማከም እና እንደገና ጥቅም ላይ ማዋል የሃብት ክብሪትን እና ዘላቂ ልማትን ለማምጣት ትልቅ ጠቀሜታ አለው።
የባትሪ መተግበሪያዎች እና የገበያ ዕድገት
ባለፉት 200 ዓመታት ውስጥ ባትሪዎች በዝቅተኛ ዋጋቸው፣ደህንነታቸው እና መረጋጋትቸው፣ ከፍተኛ ልወጣ ቅልጥፍናቸው እና ጥሩ የአካባቢ ተስማሚነት ስላላቸው በተንቀሳቃሽ ኤሌክትሮኒክስ፣ በኤሌክትሪክ ተሽከርካሪዎች እና በሌሎች በርካታ መስኮች እንደ አስፈላጊ የሃይል ማከማቻ መሳሪያ ሆነው አገልግለዋል። ነገር ግን ፈጣን የፍጆታ ማሻሻያ እና የኤሌክትሪክ ተሸከርካሪዎች ፍላጎት ከጊዜ ወደ ጊዜ እያደገ በመምጣቱ ከጥር እስከ ሰኔ 2024 ባለው ጊዜ ውስጥ የሀገር ውስጥና የውጭ ገበያዎች በቅደም ተከተል 318.1 GWh፣ 84.5 GWh እና 23 GWh ይሸጣሉ ተብሎ ተገምቷል። የቻይና የኤሌክትሪክ ተሸከርካሪ ወደ ውጭ መላክ 1.0849 ሚሊዮን ዩኒት, 36.9% ጭማሪ ካለፈው ዓመት ተመሳሳይ ወቅት ጋር ሲነጻጸር, 30.1% እና 32.0%, በቅደም, አዲስ የኃይል ተሽከርካሪዎች ምርት እና ሽያጭ, 4.929 ሚሊዮን ዩኒት, 30.1% እና 32.0% ዕድገት የሚወክል, ደርሷል.
የባትሪ ዕድሜ እና ቆሻሻ ማመንጨት
በተጨማሪም መረጃ እንደሚያሳየው የእርሳስ-አሲድ ባትሪዎች በአጠቃላይ ከ2-3 አመት, የኒኬል-ሜታል ሃይድሬድ ባትሪዎች ከ3-5 አመት እና የሊቲየም-አዮን ባትሪዎች ከ2-6 አመት እድሜ አላቸው. ይህ አጭር የህይወት ዘመን ብዙ ጥቅም ላይ የዋሉ ባትሪዎች እንዲፈጠሩ ምክንያት ሆኗል. ከቻይና የንግድ ኢንዱስትሪ ምርምር ኢንስቲትዩት ትንበያዎች መሰረት, የጡረተኞች ብዛት የኃይል ሊቲየም ion ባትሪዎች በቻይና በ 2025 1.04 ሚሊዮን ቶን ይደርሳል እና በ 2030 ወደ 3.5 ሚሊዮን ቶን ያድጋል. በተጨማሪም በቻይና የኃይል ባትሪ መልሶ ጥቅም ላይ ለማዋል የገበያ መጠን በ 2030 በግምት 140 ቢሊዮን RMB ይደርሳል, ይህም በ 2022 ከዘጠኝ እጥፍ ይበልጣል.
መልሶ ጥቅም ላይ ማዋል እና የገበያ ደንብ ላይ ያሉ ተግዳሮቶች
ነገር ግን፣ ጊዜ ያለፈባቸው ደረጃዎች፣ ውሱን ብቁ የሆኑ ኢንተርፕራይዞች እና ደካማ ቁጥጥር፣ ብዙ ያገለገሉ ባትሪዎች በትናንሽ ወርክሾፖች ይጠናቀቃሉ፣ ይህም ከፍተኛ የደህንነት ስጋቶችን የሚፈጥር እና የቻይና የባትሪ መልሶ ጥቅም ላይ የዋለ ገበያን ደረጃውን የጠበቀ እድገትን በእጅጉ እንቅፋት ይሆናል። እ.ኤ.አ. በ 2023 በቻይና ውስጥ ለአዲስ የኃይል ተሽከርካሪ ሃይል ባትሪዎች ደረጃውን የጠበቀ መልሶ ጥቅም ላይ ማዋል ከ 25% ያነሰ ሲሆን ከ 70% በላይ የሚሆኑት ጥቅም ላይ የዋሉ ባትሪዎች ወደ ህገ-ወጥ የመልሶ መገልገያ ሰርጦች ገብተዋል ። እ.ኤ.አ. በ 2018 በቻይና ውስጥ የጡረተኞች የኃይል ባትሪዎች አጠቃላይ መጠን 74,000 ቶን ደርሷል ፣ ከዚህ ውስጥ 5,472 ቶን ብቻ በትክክል እንደገና ጥቅም ላይ ውለዋል ፣ ይህም ከጠቅላላው ጡረታ የወጡ ባትሪዎች 7.4% ብቻ ነው ፣ ይህም ከተገመተው እሴት በታች።
የአካባቢ እና የጤና አደጋዎች
የኤሌክትሮድ ቁሶችን እና ኤሌክትሮላይቶችን ባወጡት ባትሪዎች ላይ ተገቢ ያልሆነ አያያዝ እንደ ኒኬል፣ ኮባልት እና ማንጋኒዝ ያሉ የብረት አየኖች በመልቀቃቸው እና ሌሎች ኦርጋኒክ ውህዶች በሰው ጤና ላይ አደጋ ሊያስከትሉ ስለሚችሉ ከፍተኛ የአካባቢ ብክለትን ያስከትላል። በተመሳሳይ ጊዜ እነዚህ ቁሳቁሶች ከፍተኛ ኢኮኖሚያዊ ጠቀሜታ አላቸው. ተገቢው እንደገና ጥቅም ላይ ካልዋለ ጠቃሚ ሀብቶች ብቻ ሳይሆን ቻይና በብረት ማዕድን ላይ ያላት ጥገኝነት ይጨምራል ይህም የብሔራዊ የኢነርጂ ደህንነትን ሊጎዳ ይችላል.
የመርጃ እሴት እና ስልታዊ ጠቀሜታ
ለምሳሌ የኮባልት፣ የሊቲየም እና የኒኬል ይዘት በካቶድ ቁሶች ውስጥ ካለው ክምችት በከፍተኛ ደረጃ ከፍ ያለ ሲሆን ይህም በግምት 5%–20%፣ 5%–7% እና 5%–10% ይደርሳል። የሊቲየም ሃብቶች ግልጽ የሆነ የጂኦፖለቲካዊ ስርጭት ንድፎችን ያሳያሉ, እና እንደገና ጥቅም ላይ ማዋል የብሄራዊ ሃብት ደህንነትን በማጎልበት በውጭ አቅርቦት ላይ ያለውን ጥገኝነት ይቀንሳል. ዋጋ ያላቸውን ብረቶች ከጥቅም ውጭ በሆነ መንገድ መልሶ ማግኘት ሊቲየም-አዮን ባትሪዎች ከፍተኛ ኢኮኖሚያዊ ጥቅሞችን ብቻ ሳይሆን ጠቃሚ የጂኦፖለቲካዊ ጠቀሜታንም ይይዛል።
ይህ ግምገማ የባትሪ ዓይነቶችን፣ የኤሌክትሮኬሚካላዊ ሥርዓቶችን እና የአሠራር መርሆቻቸውን ያጠቃልላል። በ19ኛው ክፍለ ዘመን መጀመሪያ ላይ ስለ ባትሪ ዲዛይኖች ማለትም እንደ ዚንክ-ካርቦን እና ሊድ-አሲድ ባትሪዎች እና ዘመናዊ የባትሪ ቴክኖሎጂዎች፣ ኒኬል-ሜታል ሃይድሬድ (ኒኤምኤች) እና በቫልቭ ቁጥጥር የሚደረግለት የእርሳስ-አሲድ (VRLA) ባትሪዎችን ጨምሮ የንፅፅር ትንታኔዎችን ያቀርባል፣ በአጸፋዊ አሠራራቸው ላይ በማተኮር ጥቅሞቹን እና ጉዳቶችን እና በባትሪ ጉዳቶቹ ላይ በማተኮር እና በቴክኖሎጂው ዝርዝር መሰረት ወደፊት ተግባራዊ ይሆናሉ። የመኖሪያ፣ የኢንዱስትሪ እና የኤሮስፔስ አፕሊኬሽኖች የተለያዩ ፍላጎቶችን ለማሟላት ረዘም ላለ ጊዜ የሚቆይ፣ ዝቅተኛ ወጭ እና የተሻሻለ የአካባቢ አፈጻጸም እንዲመቻች ማድረግ።
የአብዛኞቹ ባትሪዎች መሰረታዊ መዋቅር ካቶድ፣ አኖድ፣ ኤሌክትሮላይት፣ መለያየት እና መያዣን ያጠቃልላል። መውሰድ ሊቲየም-አዮን ባትሪዎች እንደ ምሳሌ በስብስብ ውስጥ: የካቶድ ቁሳቁስ ብዙውን ጊዜ ከፍተኛ-ቫሌሽን ብረቶችን ይይዛል ፣ የአኖድ ቁሳቁስ በዋነኝነት በካርቦን ላይ የተመሰረቱ እንደ ግራፋይት ፣ ሜታሊካል ቁሶች ወይም የሲሊኮን ቁሶች ያሉ ሲሆን በካርቦን ላይ የተመሰረቱ ቁሳቁሶች በጣም የተለመዱ ናቸው። ለምሳሌ, በአልካላይን ባትሪዎች እና በዚንክ-ካርቦን ባትሪዎች ውስጥ, አኖድ በዋነኛነት በብረታ ብረት ዚንክ የተዋቀረ ሲሆን ማንጋኒዝ ዳይኦክሳይድ ግን እንደ ካቶድ ሆኖ ያገለግላል.
በአሁኑ ጊዜ ጥቅም ላይ የዋሉት ኤሌክትሮላይቶች በዋናነት ፈሳሽ ኤሌክትሮላይቶች (ለምሳሌ ሊቲየም ሄክፋሮፎስፌት) እና ጠንካራ ኤሌክትሮላይቶች (ለምሳሌ ኦክሳይድ፣ ሰልፋይድ፣ ፖሊመሮች፣ ወዘተ) ናቸው። የመጀመሪያው ከፍተኛ የ ion conductivity ያቀርባል, የኋለኛው ደግሞ የላቀ የደህንነት አፈጻጸም ያቀርባል. በተለምዶ ከፖሊ polyethylene (PE) ወይም ፖሊፕሮፒሊን (PP) የተሰሩ የባትሪ መለያዎች እንደ ነጠላ-ንብርብር PE ወይም PP membranes ወይም እንደ ባለሶስት-ንብርብር PP/PE ሽፋኖች ሊመደቡ ይችላሉ። የማቀፊያ ቁሳቁሶች በአጠቃላይ ብረቶች ወይም የተዋሃዱ ነገሮች ናቸው.
ጥቅም ላይ የዋሉ ባትሪዎች አደጋዎች
እንደገና ጥቅም ላይ ያልዋሉ ባትሪዎች ከፍተኛ የአካባቢ እና የጤና አደጋዎችን ያስከትላሉ። በባትሪ ፍሳሽ ውስጥ ያሉ ከባድ ብረቶች እና መርዛማ ንጥረ ነገሮች የአፈርን እና የውሃ መስመሮችን ሊበክሉ ይችላሉ, የተፈጥሮን ስነ-ምህዳር ያበላሻሉ. እነዚህ ቆሻሻዎች ቀስ በቀስ በመሬት እና በሰብል ውስጥ ሊከማቹ ይችላሉ, በመጨረሻም ወደ ሰው አካል ውስጥ በመግባት የጤና አደጋዎችን ይፈጥራሉ. እንደ ብረታ ብረት ናኖስትራክቸሮች፣ ካርቦን ላይ የተመሰረቱ ቁሶች እና ionክ ፈሳሾች ያሉ በባትሪዎች ውስጥ ብቅ ያሉ ብከላዎችም በስፋት ጥናት ተደርጎባቸዋል። እነዚህ ቁሳቁሶች የባትሪ አፈጻጸምን ሊያሳድጉ ቢችሉም፣ ከፍተኛ የአካባቢ አደጋዎችንም ሊያስከትሉ ይችላሉ። ለምሳሌ የብረታ ብረት ናኖስትራክቸሮች የማከማቻ አቅምን እና የኢነርጂ ቅልጥፍናን ሊያሻሽሉ ይችላሉ ነገርግን ወደ አፈጻጸም ውድቀት ያመራል። እንደ ግራፊን እና ካርቦን ናኖቱብስ ያሉ ካርቦን ላይ የተመሰረቱ ቁሶች በውሃ ውስጥ ያሉ ስነ-ምህዳሮች ላይ መርዛማ ተፅእኖ ሊፈጥሩ ይችላሉ። አዮኒክ ፈሳሾች በአፈር እና በውሃ ውስጥ ሊከማቹ ይችላሉ, ይህም ረቂቅ ተሕዋስያን ላይ የሳይቶቶክሲካል ተጽእኖ ይፈጥራል.
በተጨማሪም፣ በቂ ያልሆነ የስነ-ምህዳር ጥናት፣ ውስን የመልሶ ጥቅም ላይ ማዋል ቴክኖሎጂዎች እና የቁጥጥር ክፍተቶች፣ ከአዳዲስ የባትሪ ቁሳቁሶች ጋር ተያይዘው የሚከሰቱ የአካባቢ አደጋዎች የበለጠ ትኩረት ይፈልጋሉ።
በግራፊን ላይ የተመሰረቱ ቁሶች (ጂኤፍኤም) መገኘታቸው ስነ-ምህዳራዊ ተፅእኖን በተለይም በውሃ ውስጥ ባሉ ፍጥረታት ላይ የሚያደርሱትን መርዛማ ተፅእኖ በተመለከተ ስጋት ፈጥሯል። ጥናቶች እንደሚያሳዩት ጂኤፍኤምዎች በባክቴሪያዎች፣ አልጌዎች፣ ኢንቬቴብራቶች እና ዓሦች ላይ መርዛማነት ያሳያሉ፣ ይህም በህይወታቸው፣ በእድገታቸው እና በመባዛታቸው ላይ አሉታዊ ተጽዕኖ ያሳድራል። ለምሳሌ፣ graphene oxide (GO) የአልጋላ እድገትን ሊገታ እና ኦክሳይድ ውጥረትን ሊያስከትል እና ወደ ሴሉላር ጉዳት ሊያመራ ይችላል። በውሃ ውስጥ ባሉ አካባቢዎች የጂኤፍኤምኤስ መረጋጋት እና ተንቀሳቃሽነት በሁለቱም ውስጣዊ ፊዚኮኬሚካላዊ ባህሪያቸው እና በውሃው ፊዚኮኬሚካላዊ ግቤቶች ተጽዕኖ ይደረግባቸዋል። በውሃ ውስጥ ያሉ ባህሪያቶቻቸው፣ እንደ ማድመቅ እና ማሰባሰብ፣ ስርጭታቸውን እና የውሃ ውስጥ ስርዓቶች የመጨረሻ እጣ ፈንታቸውን ሊቀይሩ ይችላሉ።
በአሁኑ ጊዜ የጂኤፍኤምኤስ የአካባቢ ደህንነት መመሪያዎች ያልተሟሉ ናቸው፣ እና ደረጃቸውን የጠበቁ የሙከራ ዘዴዎች ይጎድላሉ። ስለዚህ, በሳይንሳዊ ጤናማ የደህንነት መመሪያዎችን እና የአስተዳደር ስልቶችን ለመመስረት, የእነሱን ትክክለኛ የአካባቢ ትኩረት እና የረጅም ጊዜ ተፅእኖ ለመወሰን ተጨማሪ ምርምር ያስፈልጋል.
የቆሻሻ ባትሪ አያያዝ መፍትሄዎች
ጥቅም ላይ የዋሉ ባትሪዎች ዋናዎቹ የማስወገጃ ዘዴዎች ማቃጠል፣ ቆሻሻ መጣያ እና እንደገና ጥቅም ላይ ማዋል (16) ያካትታሉ። Susana Xará et al. የህይወት ዑደት ምዘና (LCA) ዘዴን በመጠቀም ከተጠቃሚዎች መጣል እስከ የመጨረሻ ህክምና ወይም ወደ አካባቢው መቀላቀል የባትሪዎችን የህይወት ዑደት ገምግሟል። በመሬት ይዞታ እና በረጅም ጊዜ የከርሰ ምድር ውሃ ብክለት ከፍተኛውን የቆሻሻ መጣያ ችግር እንደሚያስገኝ ጥናቱ ያረጋገጠ ሲሆን ማቃጠል ደግሞ የአየር ልቀትን እና የሀብት አጠቃቀምን በዋናነት ይጎዳል። በአንፃሩ፣ እንደገና ጥቅም ላይ ማዋል ለአካባቢ ጥበቃ እና ለሀብት መልሶ ማገገሚያ ትልቅ ጠቀሜታ አለው። እንደገና ጥቅም ላይ ማዋል ሂደቶች በአጠቃላይ ቅድመ-ህክምና፣ የብረት መፈልፈያ እና ማውጣት እና የምርት ዝግጅትን ያካትታሉ (ስእል 2 ይመልከቱ)። ቅድመ-ህክምና መልቀቅን፣ በእጅ መፍታት ወይም ሜካኒካል መለያየትን እና የካቶድ ቁሳቁሶችን ከአሉሚኒየም ፎይል መለየትን ያጠቃልላል። የተለመዱ ዘዴዎች የሟሟ ሟሟት፣ በአልትራሳውንድ የታገዘ መለያየት፣ የሙቀት ሕክምና እና ሜካኒካል መለያየትን ያካትታሉ።
በአሁኑ ጊዜ የብረታ ብረት ማስወገጃ እና የማውጣት ሂደቶች በዋነኛነት ባህላዊ pyrometallurgy እና hydrometallurgy, እንዲሁም ብቅ ብቅ ባዮ-ሜታልላርጂ ቴክኒኮችን ያካትታሉ (ልዩ ልዩነቶች በሰንጠረዥ ውስጥ ተዘርዝረዋል. ፒሮሜትታልሪጂ የብረታ ብረት ንጥረ ነገሮችን ለማበልጸግ እና ለማዳከም ከፍተኛ ሙቀት ያለው ባትሪዎችን ማከምን ያካትታል. ሂደቱ የሚጀምረው የኤሌክትሮሜትል ክፍሎችን በማፍረስ እና በማፍረስ ነው. በመቀጠልም የኤሌክትሮል ማቴሪያሎች የመቀነሻ እና የኦክሳይድ ደረጃዎችን ጨምሮ ወደ ማቀናበሪያ ቅርጾች እንዲቀይሩ ይደረጋሉ ከፍተኛ ሙቀት ሕክምና ከዚያም ውህዶችን ወይም የብረት ንጥረ ነገሮችን ለማምረት ከኤጀንቶች ጋር ይደባለቃሉ.
ምንም እንኳን ፓይሮሜታልላርጂ እንደ እርሳስ-አሲድ፣ ኒኬል-ካድሚየም እና ዚንክ-ማንጋኒዝ ባትሪዎች ላሉ ውስብስብ ጥቅም ላይ የሚውሉ ባትሪዎች በጣም ውጤታማ ቢሆንም ሃይልን የሚጨምር እና አካባቢን የሚበክል ነው። እንደ እርሳስ፣ ካድሚየም፣ ዚንክ እና ሜርኩሪ ያሉ ንጥረ ነገሮች በ300-400 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ ውስጥ ሊለዋወጡ ወይም ሊዘሩ ይችላሉ፣ ይህም ጥንቃቄ የተሞላበት አያያዝ ያስፈልገዋል። ስለዚህ, pyrometallurgy እነዚህን ብረቶች መልሶ ለማግኘት ቀዳሚ ዘዴ ሆኖ ይቆያል.
ሃይድሮሜትራልሪጂ ኬሚካላዊ ፈሳሾችን ከጥቅም ውጭ በሆኑ ባትሪዎች ውስጥ የብረት ንጥረ ነገሮችን ለመሟሟት ይጠቀማል ፣ ከዚያ በኋላ ኬሚካዊ እና አካላዊ ቴክኒኮችን በመጠቀም መለያየት እና ማውጣት። ሂደቱ የኤሌክትሮድ ቁሳቁሶችን ለማግኘት ባትሪውን በማፍረስ እና በመጨፍለቅ ይጀምራል, ከዚያም የብረት ንጥረ ነገሮችን ለመቅለጥ አሲድ ወይም አልካላይን መፍትሄዎችን በመጠቀም ይለቀቃሉ. የተገኙት መፍትሄዎች በ ion ልውውጥ, በሟሟ መውጣት ወይም ሌሎች ቆሻሻዎችን ለማስወገድ ዘዴዎች ይጸዳሉ. በመጨረሻም ከባድ ብረቶች በዝናብ እና በኤሌክትሮላይዝስ አማካኝነት ከቆሻሻ ውሃ ይመለሳሉ. ሃይድሮሜትልለርጂ በተለይ ከኒኬል-ሜታል ሃይድሬድ እና ከሊቲየም-አዮን ባትሪዎች በተለይም እንደ ኮባልት እና ኒኬል ላሉ ዋጋ ያላቸው ብረቶች ለከፍተኛ ንፅህና ለማገገም ተስማሚ ነው። ይሁን እንጂ ይህ ዘዴ ህክምናን የሚፈልግ ጨው የያዙ ቆሻሻዎችን ያመነጫል እና ሁለተኛ ደረጃ ብክለትን ሊያስከትል ይችላል.
ባዮ-ሜታለርጂ ረቂቅ ተሕዋስያንን እና የሜታቦሊክ ምርቶቻቸውን ከጥቅም ውጭ በሆኑ ባትሪዎች ውስጥ የብረት ንጥረ ነገሮችን በብቃት ለማውጣት ያካትታል። የሂደቱ ሂደት ኤሌክትሮዶችን ለማግኘት የተበላሹ ባትሪዎችን ማፍረስን ያጠቃልላል፣ በመቀጠልም ብረቶችን በውጤታማነት ለማሟሟት ልዩ ማይክሮቢያል ሚዲያን በመጠቀም ተስማሚ ሁኔታዎችን በመጠቀም ባዮሌይቺንግ ይከተላል። ተከታይ የማጥራት እርምጃዎች ion ልውውጥ እና ሟሟት ማውጣትን ይጠቀማሉ, እና ብረቶች በመጨረሻ በዝናብ እና በኤሌክትሮላይዝስ ይመለሳሉ. ባዮ-ሜታልላርጂ በተለይ እንደ ኒኬል እና ኮባልት ያሉ ከፍተኛ ዋጋ ያላቸውን ብረቶች ለማገገም ጠቃሚ ነው።
