Clear Sky Science
הסברים מבוססי ראיות, עם מעט ז'רגון

Clear Sky Science · he

שימוש משותף בעריכת סוללות ליתיום-יון משומשות ופסולת פלסטיק לחומרים סופגי מיקרוגל באמצעות שליטה בקטליזטור Ni-Co

· חזרה לאינדקס

הפיכת סוללות ישנות ופסולת פלסטיק למגינים שימושיים

ערימות של סוללות רכבים חשמליים ממושכות ואריזות פלסטיק הן שתי בעיות פסולת מדאיגות בימינו. מחקר זה מציג דרך להתמודד עם השתיים בו־זמנית: על ידי המרת סוללות ליתיום-יון משומשות ופסולת פלסטיק מעורבת לחומר חדש שיכול לספוג מיקרגלים בלתי רצויים. חומרים כאלה חשובים להפחתת הפרעה אלקטרונית ושיפור טכנולוגיות הסתרה, והגישה הזו עושה זאת תוך צמצום זיהום ושיקום מתכות יקרות.

Figure 1
Figure 1.

מדוע פסולת סוללות ופלסטיק קשה להתמודד איתה

סוללות ליתיום-יון ברכבים חשמליים בדרך כלל מחזיקות חמש עד שמונה שנים לפני שיש להחליפן, ומשאירות נפחי סוללות משומשות גדולים העשירים במתכות קריטיות כמו ניקול, קובלט, מנגן וליתיום. במקביל מיוצרים יותר מ-380 מיליון טונות פלסטיק בשנה, רובו עמיד לפירוק ומזהם קרקע ואוקיינוסים. שיטות מסורתיות לטיפול בפסולת זו — כגון שריפת פלסטיקים או הפקת מתכות בתנורי נמס — צורכות הרבה אנרגיה, משחררות גזי חממה ונפלטים רעילים, ולעתים מחזירות רק מתכות בתפוקה נמוכה במקום ליצור מוצרים בעלי ערך גבוה יותר.

בישול הפסולת ביחד ליצירת צינורות זעירים

החוקרים תכננו תהליך שבו אבקת קתודה מסוללות מופרקת ופלסטיקים מעורבים מחוממים יחד בתוך תג עמיד פלדה סגור. מרכיב מרכזי הוא הפלסטיק של בקבוקי משקה, פוליאתילן טרפתלט (PET), שמועשר עם פלסטיקים אחרים כמו פוליאתילן ופוליפרופילן. בחימום לכ-550 °C, הפלסטיקים מתפרקים לגזים שמצד אחד מחזרים תחמוצות מתכת שבחומר הסוללה ומצד שני מספקים פחמן. אטומי ניקול וקובלט מתקבצים לחלקיקים זעירים מאוד, בעוד שליתיום יוצא כקרבונט ליתיום שניתן לשטוף אח״כ במים.

כיצד PET שומרת על פעילות המתכת

בתהליכים רבים של המרת פלסטיק לפחמן, קטליזטורים מתכתיים נחסמים במהירות כשהשכבות העבות של פחמן מצפות את פני השטח ועוצרות את התגובה. כאן PET משנה את תערובת הגזים כך שהפחמן לא מצטבר באופן בלתי מבוקר. הפירוק שלה מייצר פחמן חד־חמצני ופחמן דו־חמצני, שמסייעים להסיר פחמן בלתי מסודר בזמן שכלי גזים עשירים בפחמן עדיין מאכילים את גידול ננו־צינורות פחמן מסודרים. קרבונט הליתיום שנוצר גם פועל כמפריד, מונע מחלקיקי הניקול–קובלט לגדול מעבר לכ-100 ננומטר. שליטה בגודל זה שומרת על פעילות גבוהה של המתכות ומכוונת את צמיחת יער צפוף של צינורות ננו המשולבים עם חלקיקים זעירים של מתכת וחמצת מנגן.

Figure 2
Figure 2.

אבקה שחורה למגן מיקרוגל

לאחר שלב ה"שיתוף-פירוליזה" הראשוני, המוצר המוצק מחומם קצרות שוב לכ-800 °C באווירה אינרטית. טיפול שני זה מנקה פחמן פרוותי שעדיין נותר ומשפר את הסידור וההולכה החשמלית של הננו־צינורות. החומר הסופי הוא קומפוזיט קל משקל שבו חלקיקי מתכת וחמצת מתכת מוטמעים ברשת מוליכה של ננו־צינורות פחמן רב־דפנות. בבדיקה על טווחי תדרים רדאריים ותקשורתיים נפוצים, אבקה זו — מעורבת בסובל פשוט — מראה יכולת ספיגת מיקרוגל חזקה. בעובי ציפוי של כ-2.4 מ״מ היא מסוגלת לספוג יותר מ-90% מהגלים הנכנסים על פני סרט רוחב של כ-7 גיגאהרץ, ובחלקים עומקי הספיגה המירביים אף גבוהים יותר.

רווחים סביבתיים וכלכליים

מעבר לביצועי המעבדה, הצוות העריך כיצד מסלול השדרוג הזה משתווה לשלוש שיטות מיחזור תעשייתיות עיקריות: נמסות בטמפרטורות גבוהות, להטיה כימית ושיחזור ישיר של הקתודות. באמצעות ניתוח מחזור חיים ומודל מיחזור סוללות הם מצאו כי גישת השיתוף-פירוליזה צורכת פחות אנרגיה ומים ומפיקה פליטות גזי חממה נמוכות משמעותית לכל קילוגרם פסולת מעובדת. היא גם נמנעת משימוש בחומצות מינרליות חזקות, ומחלצת ליתיום כקרבונט ליתיום באמצעות שטיפה פשוטה במים. מאחר שהמוצר הסופי הוא חומר סופג מיקרוגל בעל ערך גבוה, בתרחיש שלהם התהליך יכול לייצר רווחים משמעותית גבוהים יותר מאשר מסלולי מיחזור קונבנציונליים.

מה משמעות הדבר לחיי היומיום

במילים פשוטות, המחקר מראה שסוללות רכבים חשמליים של אתמול ופלסטיקים שנזרקו יכולים להפוך למגינים מתקדמים של מחר לניהול גלים אלקטרומגנטיים. באמצעות שליטה חכמה באופן פירוק הפלסטיקים ובהתנהגות חלקיקי המתכת בזמן החימום, החוקרים הופכים פסולת מעורבת לאבקה שחורה עדינה השותפת גם לשחזור מתכות קריטיות וגם לתפקוד כחומר סופג מיקרוגל חזק. זה מציע מסלול מעשי להפחתת פסולת, צמצום השפעה אקלימית ויצירת חומרים מתקדמים ממשאבים שאחרת היו מוצאים את דרכם להטמנה או לזיהום.

ציטוט: Qiu, B., Hou, Y., Shi, Z. et al. Co-upcycling spent lithium-ion batteries and plastics into microwave absorbing materials with Ni-Co catalyst control. Nat Commun 17, 2822 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69501-1

מילות מפתח: מיחזור סוללות ליתיום-יון, שדרוג פסולת פלסטיק, ננו-צינורות פחמן, חומרים סופגי מיקרוגל, כלכלה מעגלית