ලිතියම් අයන බැටරි වඩාත් පරිසර හිතකාමී බවට පත් කිරීම

නිෂ්පාදනයේදී සහ ප්‍රතිචක්‍රීකරණයේදී කාබනික ද්‍රාවකවල අවශ්‍යතාවය මඟහරවා ගැනීම සඳහා නව ක්‍රියාවලිය ජල-ද්‍රාව්‍ය බන්ධක භාවිතා කරයි.

ලිතියම්-අයන බැටරි නිෂ්පාදනය සඳහා භාවිතා කරන ද්‍රව්‍ය ප්‍රතිසූත්‍රකරණයෙන් (reformulating), කාබනික ද්‍රාවක භාවිතා නොකර බැටරිවල ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සැකසීමට සහ ප්‍රතිචක්‍රීකරණය කිරීමට පර්යේෂකයන් ක්‍රමයක් ඉදිරිපත් කර ඇත(.iScience 2020, DOI: 10.1016/j.isci.2020.101081). මෙකී නව වර්ධනය මගින්, බහුලව භාවිත කෙරෙන මෙම බලශක්ති ප්‍රභවයන් නිෂ්පාදනය කිරීමේ සහ ප්‍රතිචක්‍රීකරණය කිරීමේ පිරිවැය, උපද්‍රව සහ පාරිසරික බලපෑම, අඩු කළ හැකිය.

විදුලි වාහනවල ඉහළ යන ජනප්‍රියතාවය නිසා භාවිතයෙන් ඉවත් කරන ලද ලිතියම්-අයන බැටරි විශාල ප්‍රමාණයක් ජනනය වනවාක් මෙන්ම අළුත් ඒවා සෑදීමට නිෂ්පාදකයින් පොළඹවයි. කර්මාන්ත විශ්ලේෂකයින් අනාවැකි පළ කරන්නේ 2030 වන විට මෙට්‍රික් ටොන් මිලියන 10 කට වඩා වැඩි බැටරි ප්‍රමාණයක සේවා කාලය අවසන් වනු ඇති බවයි. තාක්ෂණික හා ආර්ථික බාධක හේතුවෙන්, වර්තමානයේ ඒවායින් ප්‍රතිචක්‍රීකරණය කෙරෙන්නේ 5% කට අඩු ප්‍රමාණයකි.

ප්‍රතිචක්‍රීකරණයේ දී එක් ප්‍රධාන බාධකයක් වන්නේ ඉලෙක්ට්‍රෝඩවල ඇති වටිනා ලෝහ ප්‍රතිසාධනය කර නැවත භාවිතා කිරීමයි. කැතෝඩ සාමාන්‍යයෙන් සාදා ඇත්තේ විද්‍යුත් රසායනිකව ක්‍රියාකාරී මිශ්‍ර-ලෝහ කුඩු, Polyvinylidene fluoride – PVDF) වැනි බන්ධකයක් සහිත ඇලුමිනියම් ධාරා සංග්‍රාහකට(current colector) ඇලවීමෙනි. ඇනෝඩ වල සාමාන්‍යයෙන් ග්‍රැෆයිට්, PVDF සහ තඹ පත්‍ර අඩංගු වේ. මෙය සහ අනෙකුත් සම්මත බයින්ඩර් භාවිතා කිරීම පිණිස, ඉලෙක්ට්‍රෝඩ සැකසීම සඳහා කර්මාන්තය රඳා පවතින්නේ N-methyl-2-pyrolidone (NMP)  මතය. NMP  මිල අධික විෂ ද්‍රාවකයකි. භාවිතයෙන් ඉවත් කරන ලද ද්‍රව්‍ය වෙන් කර ප්‍රතිසාධනය කිරීමට ද NMP භාවිතා කරයි.

පර්යේෂකයන් වසර ගණනාවක් තිස්සේ සීමිත සාර්ථකත්වයක් සහිතව NMP තුරන් කිරීමට උත්සාහ කර ඇත, ඒ වෙනුවට ඔවුන් ඉලක්කකර ඇත්තේ ජලය මත පදනම් වූ සැකසුම්ය.  නව අධ්‍යයනයේ දී, Oak Ridge ජාතික රසායනාගාරයේ Jianlin Li සහ Virginia Tech හි Zheng Li විසින් ප්‍රමුඛ කණ්ඩායමක් විසින් PVDF වෙනුවට කැතෝඩයේ ජලය-විසර්ජනය කළ හැකි, ලේටෙක්ස් මත පදනම් වූ බන්ධකයක් සහ ඇනෝඩයේ ඇති ජලයේ දියවෙන styrene-butadiene  සමඟින් ප්‍රතිස්ථාපනය කරන ලදී. මෙය, බැටරි සෑදීමට සහ ප්‍රතිචක්‍රීකරණය කිරීමට ජලය මත පදනම් වූ සැකසුම් භාවිතා කරන්නට මග පෑදීය. ආරෝපණ චක්‍ර දහස් ගණනක් පුරා සිදු කරන ලද පරීක්ෂණ හරහා, කණ්ඩායම පෙන්වා දුන්නේ ජල සැකසුම් සමඟ සාදන ලද බැටරි දළ වශයෙන්  NMP සමඟ සැකසූ විමර්ශන සෛල මෙන්ම ක්‍රියා කරන බවයි. ජලය භාවිතයෙන් ප්‍රතිචක්‍රීකරණය කරන ලද බැටරි ද මුල් තත්ත්වයේ ඒවා මෙන්ම ක්‍රියා කළේය.

Arkema හි බහු අවයවික(polymer) සහ බැටරි විශේෂඥයෙකු වන Ramin Amin-Sanayei පවසන්නේ ලිතියම් සංයෝග සහ ජලය අතර ඇති අනවශ්‍ය ප්‍රතික්‍රියා බැටරි ක්‍රියාකාරිත්වය විනාශ කළ හැකි නිසා (බැටරි) කර්මාන්තය ජල ස්කස්කිරීම(water processing) පිළිබඳව බලන්නේ සැක මුසුව බවයි. කෙසේවෙතත්, මෙම අධ්යයනය “නිවැරදි දිශාවට. ප්‍රබල ආකාරයකින් ගමන් කරමින් සිටියි” යනුවෙන් ඔහු පවසයි.

සිය සැකසුම් ක්‍රියාවලීන්ගෙන් කාබනික ද්‍රාවක ඉවත් කිරීමට බැටරි නිෂ්පාදකයින් නම්මා ගැනීම සඳහා වඩාත් උත්සාහයක් අවශ්‍ය කොන්දේසි යටතේ සිදු කරන ලද අතිරේක පරීක්ෂණ අවශ්‍ය වනු ඇති බවට විශේෂඥයෝ එකඟ වෙති. Argone ජාතික රසායනාගාරයේ Linda L. Gaines, ද්‍රව්‍ය සහ ජීවන චක්‍ර විශ්ලේෂණ පිළිබඳ විශේෂඥවරියකි. ඇය පවසන්නේ එය තීරණාත්මක ඉලක්කයක් බවයි. “විෂ සහිත රසායනික ද්‍රව්‍ය භාවිතයෙන් වැළකීම ලිතියම්-අයන බැටරි ආයු චක්‍රයේ පිරිවැය සහ පාරිසරික බලපෑම් අවම කිරීම සඳහා වැදගත්වන ක්‍රමයකි යනුවෙන් ඇය පවසයි..”ප්‍රකාශන හිමිකම © 2023 American Chemical Society.

ලිතියම් අයන බැටරි වඩාත් තිරසාර බවට පත් කරන්නේ කෙසේද?

ලිතියම්-අයන බැටරි, කාබන්හරණය කළ(කාබන් ඉවත් කළ) ලෝකයකට සංක්‍රමණය වීමේ ප්‍රධාන කාර්යභාරයක් ඉටු කිරීමට සූදානම් වේ. ඒවා විදුලි වාහන, ජාලක ගබඩා කිරීම සහ බොහෝ පාරිභෝගික ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ සඳහා ප්‍රධාන බලශක්ති ප්‍රභවයකි. කෙසේ වෙතත්, කරුණු සිදුවන පරිදි, අපි ඒවායේ ජීවන චක්‍ර හරහා ලිතියම්-අයන බැටරි නිපදවන සහ කළමනාකරණය කරන ආකාරය පරිපූර්ණ නොවේ; දැට කරුණු සිදුවන ආකාරයට එමගින් පාරිසරික, ආර්ථික සහ භූ දේශපාලනික ගටළු ගැන අවධානය යොමු කිරීමේ අවශ්‍යතා ගෙන නු ලබයි. Physics World Stories නවතම කථාංගයේ අන්තර්ජාල පොඩ්කාස්ට් විකාශයේ දී(podcast), Andrew Glester  එක්සත් රාජධානියේ ක්‍රියාකාරකම් කෙරෙහි අවධානය යොමු කරමින් අපට ලිතියම්-අයන බැටරි වඩාත් තිරසාර කළ හැකි ආකාරය දෙස බලයි.

පොඩ්කාස්ට් විකාශයේ පළමු අමුත්තා වන  Gavin Harper, බර්මින්හැම් විශ්ව විද්‍යාලයේ ලෝහ විද්‍යා පර්යේෂකයෙක් පමණක් නොව  හී මෑතක දී පලවූ LIB මාර්ග සිතියමේ ලිපියෙහි ප්‍රධාන කතුවරයෙකුද වේ.  හාපර්,  LIB අපද්‍රව්‍ය කළමනාකරණය වැඩිදියුණු කිරීමට සහ චක්‍ර ආර්ථිකයක් ඇති කිරීමට ඇති අවස්ථා ගැන පොඩ්කාස්ට් විකාශයේ දී කතා කරයි. නිදසුනක් ලෙස, බැටරි කොටස් නැවත භාවිතා කිරීම පහසු වන පරිදි නිර්මාණය කළ හැකි අතර ස්මාර්ට් ජාල මගින් පාරිභෝගිකයින්ට විදුලි මෝටර් රථ, නිවාස සහ ජාලය අතර බලශක්ති අළැවි කිරීමට හැකි වේ. හාපර් විශාල ප්‍රශ්නය ගැනත් කතා කරයි: ඔබ සම්පූර්ණ ජීවන චක්‍රය සලකා බැලුවහොත් සාම්ප්‍රදායික පොසිල ඉන්ධන බලයෙන් ක්‍රියාත්මක වන වාහනයකට වඩා විදුලි මෝටර් රථයක් හිමිකර ගැනීම පරිසර හිතකාමීද?

දේශීය ලිතියම් සැපයුම්

ලිතියම්-අයන බැටරි(LIBs) සම්බන්ධව ඇති වඩාත්ම විවාදශීලී ගැටළු සමහරක් ලිතියම් කැණීමට අදාල වේ. හඳුනාගෙන ඇති ලිතියම් සංචිත වලින් දළ වශයෙන් 60%ක් ලතින් ඇමරිකාවේ ලවණ තට්‌ටු තුළ, ඉනුත් බොහෝ දුරට බොලිවියාව, ආර්ජන්ටිනාව සහ චිලී යන “ලිතියම් ත්‍රිකෝණය” තුළ පිහිටා ඇත. කරිජ්ජ හෙවත් ලවණ ජල තැන්පතු වලින් ලිතියම් නිස්සාරණය සඳහා අවශ්‍ය විශාල ජල ප්‍රමාණය ජල හිඟය, ප්‍රාදේශීය පස හා ජලය දූෂණයවීම සහ දේශීය පරිසර පද්ධති කඩාකප්පල් කිරීමට හේතු විය හැක. මේ අතර, ලෝකයේ  LIB නිෂ්පාදනය කිරීමේ හැකියාවෙන් නැතිනම් ධාරිතාවෙන්  චීනය වඩා ඉදිරියෙන් සිටින අතර බටහිර ජාතීහු දැන් ඔවුන්ගේම දැනුම් පදනම් ගොඩනගා ගැනීමට සහ දේශීය ලිතියම් තැන්පතු සෙවීමට උනන්දු වෙති.

එක්සත් රාජධානියේ  කුතුහලය දනවන එක් හැකියාවක් වන්නේ කෝර්න්වෝල් වෙරළ ආසන්නයේ ඇති භූතාපජ ජලයෙන් ලිතියම් සෘජුවම නිස්සාරණය කිරීමයි. Cornish Lithiumහී ගවේෂණ භූ විද්‍යාඥයෙකු වන Ali Salisbury පොඩ්කාස්ට් විකාශයට සම්බන්ධවෙමින්, ලිතියම් බහුල ඛනිජ අඩංගු විශාල, කැඩුණු, කලුගල් ස්කන්ධයක් මත පදනම් කෝන්වෝල් හී අද්විතීය භූ විද්‍යාව – මෙම හැකියාව සක්‍රීය කරන්නේ කෙසේද යන්න පැහැදිලි කරයි. Cornish Lithium පවසන්නේ මෙම ක්‍රමය අවම පාරිසරික බලපෑම් ඇති කළ හැකි බවය. තවද, එම කලාපයේම දෘඩ පාෂාණ ලිතියම් කැණීමේ වඩාත් තිරසාර ආකාරයන් පිළිබඳව සමාගම විමර්ශනය කරමින් සිටියි.

American Chemical Society පළ කරන Chemical and Engineering හී Making lithium-ion batteries more environmentally friendly යන ලිපිය සහ, Physics World හී පළවන How can we make lithium-ion batteries more sustainable යන ලිපිය ඇසුරෙනි.