Với sự tăng trưởng dự kiến về xe điện trong hai thập kỷ tới, vấn đề làm thế nào để tái chế các bộ pin lithium-ion lớn cung cấp năng lượng cho chúng. Các kỹ sư của ORNL đã cùng nhau đưa ra một cuộc biểu tình để chứng minh rằng robot có thể đẩy nhanh quá trình tháo rời và làm cho quá trình an toàn hơn cho người lao động đồng thời tăng đáng kể thông lượng.
Tim McIntyre, điều tra viên chính của Bộ phận Cơ sở hạ tầng năng lượng và điện hóa của ORNL, cho biết ngày nay chỉ có một tỷ lệ nhỏ pin lithium-ion được tái chế và phần lớn các quy trình được sử dụng để làm như vậy không được tự động hóa.
Cho dù người tái chế chỉ muốn chui qua lớp vỏ bên ngoài để tiếp cận pin và thay thế các bộ phận đã bị mòn hoặc tái chế hoàn toàn các ngăn xếp pin để thu hồi coban, lithium, lá kim loại và các vật liệu khác, thì bước đầu tiên là chẩn đoán pin để xử lý và tháo gỡ an toàn và hiệu quả .
McIntyre cho biết: “Với hệ thống của chúng tôi, khi robot nhặt pin và đưa vào dây chuyền sản xuất, nó sẽ đánh dấu lần cuối cùng con người chạm vào nó cho đến khi nó thành từng mảnh và từng bộ phận.
Hạn chế tương tác của con người là điều quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả. Các robot sẽ nhanh chóng tháo bu lông và các vỏ khác bất kể lượng điện tích còn lại, trong khi người vận hành phải thực hiện một quy trình chính xác, kéo dài để xả pin đã sử dụng trước khi phá vỡ chúng theo cách thủ công. Việc tháo rời tự động giúp giảm mức độ phơi nhiễm của con người với các hóa chất độc hại có bên trong pin và mức công suất cao đang đạt đến mức 900 vôn trong một số loại xe đời mới.
Hệ thống tự động, được phát triển như một phần của Viện Vật liệu quan trọng của DOE, hoặc CMI, có thể dễ dàng cấu hình lại cho bất kỳ loại ngăn xếp pin nào. Nó có thể được lập trình để chỉ truy cập vào các mô-đun pin riêng lẻ để tân trang hoặc tái sử dụng làm bộ lưu trữ năng lượng tĩnh, hoặc pin có thể được tháo rời xuống cấp tế bào để tách và thu hồi vật liệu.
Công việc xây dựng dựa trên kiến thức chuyên môn được phát triển trong các dự án ORNL trước đây cho CMI, tập trung vào việc tháo rời các ổ đĩa cứng bằng rô-bốt để thu hồi các nam châm đất hiếm. Các kỹ sư cũng chứng minh rằng những nam châm đó có thể được tái sử dụng trực tiếp trong động cơ điện.
“Tự động tháo rời các thành phần có chứa các vật liệu quan trọng không chỉ giúp loại bỏ việc tháo rời thủ công tốn nhiều công sức mà còn cung cấp một quy trình hiệu quả để tách các thành phần thành các dòng giá trị cao hơn, nơi các vật liệu quan trọng được tập trung thành từng nguyên liệu để xử lý tái chế,” Giám đốc CMI Tom Lograsso cho biết . “Giá trị gia tăng này là một phần quan trọng của việc thiết lập một quy trình hiệu quả về mặt kinh tế.”
Các nhà nghiên cứu thực hiện theo cùng một giao thức mỗi lần: chia nhỏ thành phần đã sử dụng theo cách thủ công và thu thập dữ liệu về quy trình đó để tạo ra các công cụ và điều khiển robot cần thiết để điều khiển một hệ thống tự động, Jonathan Harter, thành viên nhóm dự án ORNL cho biết.
“Ngành công nghiệp không bị giới hạn về số lượng pin mà họ có thể sử dụng trong quá trình này. Có một tồn đọng đáng kể đã được tích lũy. Yếu tố hạn chế là thời gian cần thiết để thực hiện phóng điện và thực hiện tháo gỡ bằng tay, ”Harter nói. Ông ước tính rằng trong một số quy trình cần thiết để tháo rời 12 ngăn xếp pin bằng tay, hệ thống tự động có thể xử lý 100 hoặc hơn.
Bước tiếp theo có thể là xây dựng quy trình lên quy mô thương mại và nhóm của McIntyre cũng nhận thấy cơ hội áp dụng cùng một loại hệ thống tháo rời cho các đoàn tàu chạy bằng xe điện để thu hồi các vật liệu như nam châm đất hiếm, đồng, thép và các thiết bị điện tử công suất nguyên vẹn. Để làm cho việc tái chế trở nên khả thi hơn về mặt kinh tế, nó phải được thực hiện ở công suất cao và đủ linh hoạt để xử lý nhiều sản phẩm tiêu dùng trong một cơ sở, Harter nói.
Ông nói: “Nếu thị trường xe điện tăng tốc như dự kiến trong vòng 10 đến 20 năm tới, chúng tôi sẽ cần giải quyết vấn đề dòng chất thải và coi những loại xe và pin đã qua sử dụng này là trung tâm của chuỗi cung ứng để sản xuất vật liệu,” ông nói.