Texnologiyanın inkişafı və həyat standartlarının yaxşılaşdırılması ilə batareyalar mobil elektron avadanlıqlarda geniş istifadə olunan vacib enerji saxlama cihazlarına çevrildi. elektrik nəqliyyat vasitələrivə bərpa olunan enerji saxlama batareya sistemləri. Bununla belə, məhdud xidmət müddətinə görə tükənmiş batareyaların geniş miqyaslı generasiyası ətraf mühit üçün ciddi təhlükə yaradır. Tullantı akkumulyatorlarının tərkibində ağır metallar və təhlükəli kimyəvi maddələr var ki, bunlar düzgün aparılmadıqda uzunmüddətli ekoloji çirklənməyə, insan sağlamlığına təhlükə yarada bilər və litium, kobalt və nikel kimi qiymətli metal ehtiyatlarının itirilməsi ilə nəticələnə bilər. Buna görə də, ətraf mühitin mühafizəsi və resursdan istifadə nöqteyi-nəzərindən tükənmiş batareyaların səmərəli təmizlənməsi və təkrar emalı resurs dövriyyəsinə və davamlı inkişafa nail olmaq üçün böyük əhəmiyyət kəsb edir.
Batareya Tətbiqləri və Bazarın Böyüməsi
Son təxminən 200 il ərzində akkumulyatorlar aşağı qiymətə, təhlükəsizlik və sabitliyə, yüksək konversiya səmərəliliyinə və ətraf mühitə yaxşı uyğunlaşma qabiliyyətinə görə portativ elektronikada, elektrik nəqliyyat vasitələrində və bir çox digər sahələrdə geniş şəkildə tətbiq olunan vacib enerji saxlama cihazı kimi xidmət etmişdir [1]. Bununla belə, istehlakın sürətli yüksəliş tempi və elektrik nəqliyyat vasitələrinə davamlı artan tələbat ilə 2024-cü ilin yanvar-iyun ayları arasında daxili və beynəlxalq bazarların müvafiq olaraq 318.1 GWh, 84.5 GWh və 23 GWh satacağı təxmin edilir. Yeni enerji vasitələrinin istehsalı və satışı 4.929 milyon ədədə çatıb ki, bu da illik müqayisədə müvafiq olaraq 30.1% və 32.0% artıb, Çinin elektrikli avtomobil ixracı isə 1.0849 milyon ədəd təşkil edib ki, bu da ötən ilin eyni dövrü ilə müqayisədə 36.9% çoxdur.
Batareyanın Ömrü və Tullantıların Yaradılması
Bundan əlavə, məlumatlar göstərir ki, qurğuşun-turşu batareyaları ümumiyyətlə 2-3 il, nikel-metal hidrid batareyaları 3-5 il, litium-ion batareyalar isə 2-6 il istifadə müddətinə malikdir. Bu qısa ömür çoxlu sayda bitmiş batareyanın yaranması ilə nəticələndi. Çin Biznes Sənayesi Araşdırma İnstitutunun proqnozlarına görə, təqaüdçülərin sayı güc litium-ion batareyaları Çində 2025-ci ilə qədər 1.04 milyon tona çatacaq və 2030-cu ilə qədər 3.5 milyon tona yüksələcək. Bundan əlavə, Çində enerji batareyasının təkrar emalı bazarının həcminin 2030-cu ilə qədər təxminən 140 milyard RMB-ə çatacağı təxmin edilir ki, bu da 2022-ci ilə nisbətən təxminən doqquz dəfə böyükdür.
Təkrar emal və bazarın tənzimlənməsində çətinliklər
Bununla belə, köhnəlmiş standartlar, məhdud sayda ixtisaslı müəssisələr və zəif nəzarət səbəbindən tükənmiş batareyaların böyük bir hissəsi kiçik emalatxanalarda başa çatır və bu, əhəmiyyətli təhlükəsizlik riskləri yaradır və Çinin batareyanın təkrar emalı bazarının standart inkişafına ciddi şəkildə mane olur. 2023-cü ilə qədər Çində yeni enerji daşıyıcısı batareyaları üçün standartlaşdırılmış təkrar emal nisbəti 25%-dən az olub, tükənmiş batareyaların 70%-dən çoxu qeyri-qanuni təkrar emal kanallarına daxil olub. 2018-ci ildə Çində təqaüdə çıxmış batareyaların ümumi miqdarı 74,000 tona çatdı, onlardan yalnız 5,472 tonu lazımi qaydada təkrar emal edildi ki, bu da ümumi köhnəlmiş batareyaların cəmi 7.4%-ni təşkil edir ki, bu da proqnozlaşdırılan dəyərlərdən xeyli aşağıdır.
Ətraf Mühit və Sağlamlıq Riskləri
İşlənmiş akkumulyatorlarda elektrod materialları və elektrolitlərin düzgün işlənilməməsi nikel, kobalt və manqan kimi metal ionlarının, eləcə də digər üzvi birləşmələrin buraxılması nəticəsində ətraf mühitin ciddi şəkildə çirklənməsinə səbəb ola bilər ki, bu da insan sağlamlığı üçün risklər yarada bilər. Eyni zamanda, bu materiallar əhəmiyyətli iqtisadi dəyərə malikdir. Düzgün təkrar emal olmasa, nəinki qiymətli ehtiyatlar boşa gedər, həm də Çinin dəmir filizindən asılılığı da artar və potensial olaraq milli enerji təhlükəsizliyinə təsir edərdi.
Resurs Dəyəri və Strateji Əhəmiyyəti
Məsələn, katod materiallarında kobalt, litium və nikelin miqdarı onların təbii filizlərdəki konsentrasiyalarından əhəmiyyətli dərəcədə yüksəkdir, müvafiq olaraq təxminən 5% -20%, 5% -7% və 5% -10% -ə çatır və həmçinin mis, alüminium və dəmir kimi mikroelementləri ehtiva edir. Litium ehtiyatları aydın geosiyasi paylanma nümunələri nümayiş etdirir və təkrar emal milli resurs təhlükəsizliyini gücləndirməklə yanaşı, xarici tədarükdən asılılığı azalda bilər. İstifadə olunmuş metallardan qiymətli metalların səmərəli çıxarılması lityum-ion batareyaları nəinki əhəmiyyətli iqtisadi səmərə verir, həm də mühüm geosiyasi əhəmiyyətə malikdir.
Bu icmalda batareya növləri, elektrokimyəvi sistemlər və onların iş prinsipləri ümumiləşdirilir. O, 19-cu əsrin əvvəllərində sink-karbon və qurğuşun-turşu akkumulyatorları və müasir akkumulyator texnologiyaları, o cümlədən nikel-metal hidrid (NiMH) və klapanla tənzimlənən qurğuşun-turşu (VRLA) batareyaları kimi onların reaksiya mexanizmlərinə, üstünlüklərinə və çatışmazlıqlarına diqqət yetirərək, müqayisəli təhlilini təqdim edir. gələcək batareya texnologiyalarının yaşayış, sənaye və aerokosmik tətbiqlərin müxtəlif tələblərinə cavab vermək üçün daha uzun ömür, aşağı xərclər və təkmilləşdirilmiş ekoloji performansa doğru optimallaşdırılmağa davam edəcəyini vurğulayır.
Batareyaların böyük əksəriyyətinin əsas strukturu adətən katod, anod, elektrolit, ayırıcı və korpusdan ibarətdir. Almaq lityum-ion batareyaları tərkibi baxımından misal olaraq: katod materialı adətən yüksək valentli metalları ehtiva edir, anod materialı isə əsasən qrafit, metal materiallar və ya silikon materiallar kimi karbon əsaslı materiallardan ibarətdir və karbon əsaslı materiallar ən çox yayılmışdır. Məsələn, qələvi batareyalarda və sink-karbon batareyalarında anod əsasən metal sinkdən ibarətdir, manqan dioksid isə katod kimi xidmət edir.
Hazırda istifadə olunan elektrolitlər ilk növbədə maye elektrolitlər (məsələn, litium heksaftorofosfat) və bərk elektrolitlərdir (məsələn, oksidlər, sulfidlər, polimerlər və s.). Birincisi daha yüksək ion keçiriciliyi, ikincisi isə üstün təhlükəsizlik performansı təmin edir. Tipik olaraq polietilen (PE) və ya polipropilendən (PP) hazırlanmış batareya ayırıcıları tək qatlı PE və ya PP membranlar və ya üç qatlı PP/PE membranlar kimi təsnif edilə bilər. Korpus materialları ümumiyyətlə metallardan və ya kompozit materiallardan ibarətdir.
Bitmiş batareyaların təhlükələri
Təkrar emal olunmamış tükənmiş batareyalar ətraf mühit və sağlamlıq üçün əhəmiyyətli risklər yaradır. Akkumulyatorun süzülməsindəki ağır metallar və zəhərli maddələr torpağı və su yollarını çirkləndirərək təbii ekosistemi poza bilər. Bu çirkləndiricilər tədricən torpaqda və əkinlərdə toplana bilər, nəticədə insan orqanizminə daxil olur və sağlamlıq üçün potensial təhlükələr yaradır. Metalik nanostrukturlar, karbon əsaslı materiallar və ion mayeləri kimi batareyalarda yaranan çirkləndiricilər də geniş şəkildə tədqiq edilmişdir. Bu materiallar batareyanın performansını artırsa da, ciddi ekoloji təhlükələrə də səbəb ola bilər. Məsələn, metal nanostrukturlar saxlama qabiliyyətini və enerji səmərəliliyini artıra bilər, lakin onlar birləşərək performansın azalmasına səbəb olur. Qrafen və karbon nanoborular kimi karbon əsaslı materiallar su ekosistemlərinə zəhərli təsir göstərə bilər. İon mayeləri torpaqda və suda toplanaraq mikroorqanizmlərə sitotoksik təsirlər yarada bilər.
Bundan əlavə, kifayət qədər ekotoksikoloji tədqiqat, məhdud təkrar emal texnologiyaları və tənzimləyici boşluqlar səbəbindən yeni batareya materialları ilə bağlı ekoloji risklər daha çox diqqət tələb edir.
Qrafen əsaslı materialların (GFM) kəşfi onların ekoloji təsiri, xüsusən də su orqanizmlərinə zəhərli təsiri ilə bağlı narahatlıqları artırdı. Tədqiqatlar göstərdi ki, GFM-lər bakteriyalara, yosunlara, onurğasızlara və balıqlara toksiklik nümayiş etdirir və onların sağ qalmasına, böyüməsinə və çoxalmasına mənfi təsir göstərir. Məsələn, qrafen oksidi (GO) yosunların böyüməsini maneə törədə və oksidləşdirici stresə səbəb ola bilər ki, bu da hüceyrə zədələnməsinə səbəb olur. Su mühitində GFM-lərin sabitliyi və hərəkətliliyinə həm onların daxili fiziki-kimyəvi xassələri, həm də suyun fiziki-kimyəvi parametrləri təsir göstərir. Onların suda adsorbsiya və aqreqasiya kimi davranışları su sistemlərində onların paylanmasını və son taleyini dəyişə bilər.
Hazırda GFM-lər üçün ekoloji təhlükəsizlik qaydaları natamamdır və standartlaşdırılmış sınaq metodları yoxdur. Buna görə də, elmi cəhətdən əsaslandırılmış təhlükəsizlik təlimatlarını və idarəetmə strategiyalarını yaratmaq üçün onların faktiki ekoloji konsentrasiyalarını və uzunmüddətli təsirlərini müəyyən etmək üçün əlavə tədqiqatlara ehtiyac var.
Tullantıların Batareya İdarəetmə Həlləri
İşlənmiş batareyaların əsas utilizasiya üsullarına yandırma, zibilxana və təkrar emal daxildir [16]. Susana Xara və başqaları. Həyat Dövrünün Qiymətləndirilməsi (LCA) metodundan istifadə edərək, batareyaların istehlakçının utilizasiyasından son emalına və ya ətraf mühitə daxil edilməsinə qədər bütün həyat dövrünü qiymətləndirdi. Tədqiqat nəticəsində məlum olub ki, zibilləmə torpağın işğalı və yeraltı suların uzunmüddətli çirklənməsi baxımından ən böyük təsirə malikdir, yandırma isə ilk növbədə hava emissiyalarına və resurslardan istifadəyə təsir göstərir. Əksinə, təkrar emal ətraf mühitin qorunması və resursların bərpası üçün əhəmiyyətli üstünlüklər təklif edir. Təkrar emal prosesləri ümumiyyətlə ilkin təmizləmə, metalın yuyulması və çıxarılması və məhsulun hazırlanmasını əhatə edir [17] (bax Şəkil 2). İlkin müalicəyə boşaltma, əl ilə sökülmə və ya mexaniki ayırma və katod materiallarının alüminium folqadan ayrılması daxildir. Ümumi üsullara həlledicinin həlli, ultrasəs köməyi ilə ayırma, istilik müalicəsi və mexaniki ayırma daxildir.
Hal-hazırda metalın yuyulması və çıxarılması prosesləri əsasən ənənəvi pirometallurgiya və hidrometallurgiya, eləcə də yeni yaranan biometallurgiya üsullarını əhatə edir (xüsusi fərqlər Cədvəldə ümumiləşdirilmişdir. Pirometallurgiya metal elementləri zənginləşdirmək və çökdürmək üçün işlənmiş batareyaların yüksək temperaturda işlənməsini nəzərdə tutur və metal elementlərin parçalanması və parçalanması prosesinə başlayır. qeyri-metal komponentlər və elektrod materialları əldə edilir, sonradan, reduksiya və oksidləşmə mərhələləri də daxil olmaqla, onları daha idarəolunan formalara çevirmək üçün yüksək temperaturda müalicə, sonra ərintilər və ya metal elementlər istehsal etmək üçün birləşir və nəhayət, fiziki və kimyəvi ayırma üsulları ilə bərpa olunur.
Pirometallurgiya qurğuşun-turşusu, nikel-kadmium və sink-manqan batareyaları kimi mürəkkəb tükənmiş akkumulyatorlar üçün yüksək effektiv olsa da, enerji tutumlu və ətraf mühiti çirkləndirir. Qurğuşun, kadmium, sink və civə kimi komponentlər 300-400°C-də uçucu və ya çökə bilər, bu da diqqətli işləməyi tələb edir. Nəticədə, pirometallurgiya bu metalların bərpası üçün əsas üsul olaraq qalır.
Hidrometallurgiya işlənmiş batareyalardan metal elementləri həll etmək üçün kimyəvi həlledicilərdən istifadə edir, ardınca kimyəvi və fiziki üsullardan istifadə edərək ayırma və çıxarma. Proses elektrod materiallarını əldə etmək üçün batareyanın sökülməsi və əzilməsi ilə başlayır, daha sonra metal elementləri həll etmək üçün turşu və ya qələvi məhlullardan istifadə edərək yuyulur. Nəticədə məhlullar ion mübadiləsi, həlledicinin çıxarılması və ya çirkləri çıxarmaq üçün digər üsullarla təmizlənir. Nəhayət, ağır metallar tullantı sularından yağıntı və elektroliz yolu ilə çıxarılır. Hidrometallurgiya, işlənmiş nikel-metal hidriddən və litium-ion batareyalardan, xüsusən də kobalt və nikel kimi qiymətli metallardan yüksək təmizlikdə metal bərpa etmək üçün xüsusilə uyğundur. Bununla belə, bu üsul təmizlənməni tələb edən və ikinci dərəcəli çirklənməyə səbəb ola bilən duz tərkibli çirkab suları yaradır.
Biometallurgiya işlənmiş batareyalardan metal elementləri çıxarmaq üçün mikroorqanizmlərdən və onların metabolik məhsullarından səmərəli istifadə etməyi əhatə edir. Prosesə elektrod materialları əldə etmək üçün zədələnmiş batareyaların sökülməsi, ardınca isə metalları effektiv şəkildə həll etmək üçün xüsusi mikrob mühitindən istifadə etməklə uyğun şəraitdə bioloji yuyulma daxildir. Sonrakı təmizləmə mərhələləri ion mübadiləsi və həlledicinin çıxarılmasından istifadə edir və metallar nəhayət çökmə və elektroliz vasitəsilə bərpa olunur. Biometallurgiya nikel və kobalt kimi yüksək qiymətli metalların bərpası üçün xüsusilə qiymətlidir.
