پژوهشگران چسبی فاقد فلوئور ساخته‌اند که فرآوری آن با آب امکان‌پذیر است و می‌توان آن را به کمک آب از اجزای باتری جدا کرد. این ماده، ذرات پودرمانند داخل الکترودهای باتری را به یکدیگر متصل می‌کنند و آن‌ها را روی ورقه‌های فلزی نازک نگه می‌دارند. اگرچه این مواد بخش کوچکی از باتری را تشکیل می‌دهند، ترکیب شیمیایی آن‌ها می‌تواند تاثیر چشمگیری بر فرایند تولید، عمر باتری و بازیابی مواد ارزشمند داشته باشد.

مهندسان دانشگاه کالیفرنیا در سن‌دیگو با همکاری موسسه پژوهشی تویوتا در آمریکای شمالی در آزمایش‌های آزمایشگاهی، عملکرد باتری‌های ساخته‌ شده با این چسب و امکان استفاده مجدد از مواد بازیابی‌شده الکترودها را بررسی کردند.

مواد تشکیل‌دهنده چسب‌های متداول، اغلب حاوی فلوئور هستند زیرا لایه‌های الکترودی محکم و پایداری ایجاد می‌کنند، با این حال، فرآوری آن‌ها معمولا به حلال‌های سمی نیاز دارد و پس از آن، خشک‌ کردن آنها از نظر انرژی پرمصرف و مراحل اضافی برای بازیابی و پاک‌سازی حلال، ضروری است.

استحکام این مواد همچنین بازیافت را دشوار می‌کند. برای جدا کردن بقایای مقاوم آن‌ها ممکن است به دماهای بالا یا مواد شیمیایی خورنده نیاز باشد. این فرایند، پسماند تولید می‌کند و می‌تواند باعث باقی‌ ماندن آلودگی‌های حاوی فلوئور در مواد بازیابی‌ شده شود.

چسب جدید از ترکیب دو پلیمر ارزان‌قیمت ساخته شده است-پلیمرها، مولکول‌های بزرگی هستند که از واحدهای تکرار شونده تشکیل می‌شوند- یکی از این پلیمرها به توزیع یکنواخت مخلوط و حفظ انعطاف‌پذیری آن کمک می‌کند، در حالی که پلیمر دیگر که از سلولز تشکیل‌دهنده دیواره سلول‌های گیاهی به دست می‌آید، استحکام و چسبندگی را فراهم می‌کند.

پژوهشگران این دو پلیمر را در آب حل کردند و اسید سیتریک، اسیدی که به‌طور طبیعی در مرکبات وجود دارد، به مخلوط افزودند. اسید سیتریک اجزای مخلوط را به شبکه‌ای متصل کرد که در آن، پیوندهای شیمیایی مختلف یکدیگر را تقویت می‌کنند.

چسب حاصل، انعطاف‌پذیری، استحکام و پایداری را با هم ترکیب کرد. باتری‌های ساخته‌ شده با این ماده در عملکرد اولیه با نمونه‌های متداول برابری کردند و در آزمایش‌های شامل صدها تا هزاران چرخه شارژ، ظرفیت خود را برای مدت طولانی‌تری حفظ کردند.

این ماده با چندین نوع الکترود ازجمله الکترودهای مثبت ساخته‌ شده از فسفات آهن لیتیوم و مواد غنی از نیکل و همچنین الکترودهای منفی گرافیتی و سیلیکونی نیز سازگار بود. این سازگاری گسترده اهمیت دارد زیرا چسب مناسب برای تولید باید در انواع مختلف باتری قابل استفاده باشد.

پژوهشگران برای بازیافت باتری‌ها را از یکدیگر جدا کرده و الکترودها را در آب خیساندند. با حل‌ شدن چسب، لایه‌های مواد فعال به‌راحتی از ورقه‌های فلزی جدا شدند و مشکل ماندن رسوبات مقاوم ناشی از مواد چسباننده متداول نیز برطرف شد.

سپس مواد بازیابی‌شده الکترودها با روش بازیافت مستقیم بازسازی شدند، روشی که به‌جای تجزیه کامل مواد به اجزای شیمیایی جداگانه، مواد مفید باتری را حفظ و بازسازی می‌کند. باتری‌های جدید ساخته‌ شده از این مواد، عملکردی مشابه باتری‌هایی داشتند که مواد بازیابی‌ شده آن‌ها با استفاده از چسب متداول به دست آمده بود.

سایت نوریج گزارش کرد، این پژوهش فرایندی امیدوارکننده را در مقیاس آزمایشگاهی نشان می‌دهد، نه سیستم تجاری که هم‌اکنون در مقیاس گسترده فعالیت می‌کند. گروه پژوهشی در حال توسعه فرایند تولید این چسب در مقیاس بزرگ‌تر و بهینه‌سازی آن برای ترکیب‌های شیمیایی مختلف باتری است. برای ارزیابی عملکرد، هزینه و مزایای این فناوری در شرایط صنعتی، همچنان به پژوهش و توسعه بیشتری نیاز است.

نتایج این پژوهش در نشریه Nature Communications منتشر شده است.

انتهای پیام