مع النمو المتوقع في السيارات الكهربائية على مدى العقدين المقبلين ، تأتي مسألة كيفية إعادة تدوير حزم بطاريات الليثيوم أيون الكبيرة التي تشغلها. وضع مهندسو ORNL عرضًا توضيحيًا لإظهار أن الروبوتات يمكنها تسريع التفكيك وجعل العملية أكثر أمانًا للعمال مع زيادة الإنتاجية بشكل كبير.
قال تيم ماكنتاير ، المحقق الرئيسي في قسم البنية التحتية للطاقة والكهرباء في ORNL ، إن نسبة صغيرة فقط من بطاريات الليثيوم أيون يتم إعادة تدويرها اليوم ، ومعظم العمليات المستخدمة للقيام بذلك ليست آلية.
سواء كان القائم بإعادة التدوير يريد ببساطة عبور الغلاف الخارجي للوصول إلى البطاريات واستبدال المكونات البالية ، أو إعادة تدوير مجموعات البطاريات بالكامل لاستعادة الكوبالت والليثيوم والرقائق المعدنية وغيرها من المواد ، فإن الخطوة الأولى هي تشخيص البطارية من أجل المناولة والتفكيك الآمن والفعال .
قال ماكنتاير: "مع نظامنا ، عندما يلتقط الروبوت حزمة البطارية ويضعها على خط الإنتاج ، فإن ذلك يمثل آخر مرة يلمسها الإنسان حتى يتحول إلى قطع وأجزاء".
الحد من التفاعل البشري مهم لكل من السلامة والكفاءة. تقوم الروبوتات بإزالة البراغي وغيرها من المساكن بسرعة بغض النظر عن أي شحنة متبقية ، في حين يجب على المشغلين البشريين إجراء عملية صارمة وطويلة لتفريغ البطاريات المستخدمة قبل تفكيكها يدويًا. يقلل التفكيك الآلي من تعرض الإنسان للمواد الكيميائية السامة الموجودة داخل البطاريات ومستويات الطاقة العالية التي تقترب من مستوى 900 فولت في بعض المركبات الأحدث.
يمكن إعادة تكوين النظام الآلي ، الذي تم تطويره كجزء من معهد المواد الحرجة التابع لوزارة الطاقة ، أو CMI ، بسهولة إلى أي نوع من مجموعات البطاريات. يمكن برمجتها للوصول فقط إلى وحدات البطارية الفردية للتجديد أو إعادة الاستخدام كمخزن ثابت للطاقة, أو يمكن فصل البطاريات إلى مستوى الخلية للفصل واستعادة المواد.
يعتمد العمل على الخبرة التي تم تطويرها في مشاريع ORNL السابقة لـ CMI والتي ركزت على التفكيك الروبوتي لمحركات الأقراص الصلبة لاستعادة المغناطيسات الأرضية النادرة. أثبت المهندسون أيضًا أنه يمكن إعادة استخدام هذه المغناطيسات مباشرة في المحركات الكهربائية.
قال توم لوجراسو ، مدير CMI ، "إن التفكيك التلقائي للمكونات التي تحتوي على مواد مهمة لا يلغي فقط التفكيك اليدوي كثيف العمالة ، ولكنه يوفر أيضًا عملية فعالة لفصل المكونات إلى تدفقات ذات قيمة أعلى حيث يتم تركيز المواد الحيوية في مواد أولية فردية لمعالجة إعادة التدوير". . "هذه القيمة المضافة هي جزء مهم من إنشاء عملية مجدية اقتصاديًا."
قال عضو فريق مشروع ORNL جوناثان هارتر ، إن الباحثين يتبعون نفس البروتوكول في كل مرة: تفكيك المكون المستخدم يدويًا وجمع البيانات حول هذه العملية لإنشاء الأدوات والضوابط الروبوتية اللازمة لقيادة نظام آلي.
لا تقتصر الصناعة على كمية البطاريات التي يمكن أن تأخذها في هذه العملية. هناك تراكم كبير تراكمت بالفعل. قال هارتر إن العامل المحدد هو الوقت الذي يستغرقه أداء التفريغ الكهربائي والتفكيك يدويًا. وقدر أنه في الوقت الذي تستغرقه بعض العمليات لتفكيك 12 حزمة بطارية يدويًا ، يمكن للنظام الآلي التعامل مع 100 أو أكثر.
يمكن أن تكون الخطوة التالية هي بناء العملية على نطاق تجاري ، ويرى فريق ماكنتاير أيضًا فرصًا لتطبيق نفس النوع من نظام التفكيك على قطارات قيادة المركبات الكهربائية لاستعادة المواد مثل المغناطيسات الأرضية النادرة والنحاس والفولاذ وإلكترونيات الطاقة السليمة. قال هارتر ، لجعل إعادة التدوير أكثر جدوى من الناحية الاقتصادية ، يجب أن يتم ذلك بإنتاجية عالية وأن تكون مرنة بما يكفي لمعالجة العديد من المنتجات الاستهلاكية في منشأة واحدة.
وقال: "إذا تسارعت وتيرة سوق السيارات الكهربائية كما هو متوقع في السنوات العشر إلى العشرين القادمة ، فسنحتاج إلى معالجة مشكلة تدفق النفايات والنظر إلى هذه المركبات والبطاريات المستهلكة على أنها مركزية في سلسلة التوريد الخاصة بمواد التصنيع".