הפרדת ליתיום-איירן פוספט מנייר אלומיניום באמצעות פריקה חשמלית בפולסים ללא חימום, מים או כימיקלים

מדוע הסיפור הזה על סוללות חשוב

סוללות ליתיום-איירן פוספט (LFP) הופכות להיות העבודה הסיזיפית של אוטובוסים חשמליים, רכבים חשמליים זולים ואחסון אנרגיה ביתי בזכות בטיחותן, עמידותן ועלותן הנמוכה יחסית. אך כאשר סוללות אלה מגיעות לסוף חייהן, פירוק השכבות הקשורות זו לזו ללא בזבוז חומר או זיהום הוא משימה קשה מהצפוי. המחקר מציג שיטה לקילוף החומר הפעיל מהגיבוי המתכתי באמצעות פולקה מדויקת של חשמל בלבד — ללא תנורים, ללא שטיפות במים וללא כימיקלים חריפים — ופותח נתיב למיחזור סוללות נקי וזול יותר.

מבט קרוב בעלון הסוללה

הקטודה של סוללת LFP בנויה כמו כריך שכבות. יריעת אלומיניום דקה משמשת כאספן הזרם, ומעליה שכבה עבה יותר שמכילה חלקיקי LFP, דבק פולימרי שקושר את הכל יחד וקצת פחמן לשיפור המוליכות. גם בגזם מפעל וגם בסוללות משומשות, השכבה המורכבת נדבקת בעקשנות לאלומיניום, ולכן מפעלי מיחזור נאלצים בדרך כלל לטחון, לשרוף או לטפל בכימיקלים כדי להפריד ביניהן. שיטות אלו עלולות להזיק למבנה הגבישי של ה-LFP, לזהם אותו בחתיכות אלומיניום או להפחיתו לתרכובות ברזל בעלות ערך נמוך יותר, כך שבחומר לעתים קרובות לא ניתן פשוט להשתמש שוב בסוללות חדשות.

קילוף בפולסים במקום חום וכימיקלים

החוקרים בחנו רעיון שונה: שליחת פולס חשמלי בודד במתח גבוה לאורך יריעת הקטודה כשהיא מהודקת בין אלקטרודות מתכת באוויר. הפולס מניע זרם גדול אך קצר בעיקר דרך יריעת האלומיניום, שמחמם את הממשק בין היריעה לשכבת ה-LFP מבפנים. סימולציות מחשב הראו שבאנרגיה הנכונה (כ־0.59 ג'הול לגרם של אלקטרודה), הממשק יכול להגיע לזמן קצר לטמפרטורות גבוהות מספיק כדי להמיס את הדבק הפולימרי دون לחמם יתר על המידה את שאר היריעה. כשהדבק מרכך והאזורים החמים והקרים מתרחבים באופן שונה, נבנות מאמצים מכאניים בעובי השכבה המורכבת, שעוזרים לציפוי ה-LFP להתרומם בניקיון מהיר מהמטל כגיליון שלם.

כיצד היסטוריית הסוללה משנה את הפיצול

כדי להבין כיצד ההזדקנות במציאות משפיעה על התהליך, הקבוצה השוותה שלושה סוגי קטודות: גזם מפעל שלא נוצל וללא אלקטרוליט, תאים "טריים" שנעשה בהם מעט בלאי, ותאים מזדקנים יותר. כולם טופלו כמעט באותה אנרגיית פולס. גזם המפעל דרש את האנרגיה הגבוהה ביותר להשגת הפרדה של יותר מ־98 אחוז, כיוון שחסר בו מלחים של אלקטרוליט שנותרו שיכלו להחליש את הקשר. בתאים המשומשים הטריים יותר, שאריות של מלח ליתיום בנקבוביות התפרקו תחת החימום הקצר ויצרו מינים ריאקטיביים המכילים פלואור שתקפו את הדבק ממש בממשק, מה שנתן הפרדה מצוינת בכל טווח האנרגיה שנבדק. בתאים המיושנים יותר, לעומת זאת, משקעים מקומיים שנוצרו במהלך שנות מחזור הפריעו לנתיבי הזרם, וגרמו לחימום לא אחיד ולהשארת אזורים שהופרדו חלקית באנרגיות נמוכות יותר.

שימור אבקה חשובה נקייה ושלמה

מיקרוסקופיה וניתוח כימי הראו שבעומת טחינה או טיפול בטמפרטורה גבוהה, השיטה בפולסים משאירה את ציפוי ה-LFP ברובו בלתי פגוע וללא זיהום אלומיניום (מתחת ל־0.1 אחוז במשקל בכל הבדיקות). מדידות קרני רנטגן לפני ואחרי הטיפול הראו שמיקומי ועוצמות הפסגות בדיפרקציה של ה-LFP נותרו למעשה ללא שינוי, כלומר המסגרת הגבישית שרדה ללא נזק מהותי. נצפו רק שינויים שטחיים מוגבלים הקשורים לבלאי קיים ולתגובות אלקטרוליט בחלק מהדגימות המשומשות. באופן חשוב, שכבת ה-LFP לעיתים התנתקה כגיליון רציף במקום להתפורר, מה שכלל מפחית את הצורך בשלבי ניקוי או מיון נוספים בהמשך.

בדיקת החומר המחודש בתא חדש

כדי לבדוק האם החומר שהוחזר בעדינות יכול לעבוד בסוללה חדשה, הקבוצה ייצרה קטודות חדשות ששילבו 10 אחוזי LFP ממוחזר מהתהליך בפולסים עם 90 אחוז אבקה חדשה. כאשר נבחנו בתאי סיכה (coin cells), האלקטרודות המעורבות סיפקו קיבולת פריקה של 148 מיליאמפר-שעה לגרם בקצב מתון, בהתאמה קרובה לתאים שנעשו כולה מ‑LFP חדש. מדידות התנגדות חשמלית וספקטרות אימפדרנס הראו הבדלים מזעריים בלבד, מה שמעיד שהפולס החשמלי הקצר לא יצר ליקויים מזיקים או האט את תנועת המטען בתוך האלקטרודה.

מה משמעות הדבר למיחזור בעתיד

ללא־מומחים, התוצאה המרכזית ברורה: זעזוע חשמלי קצר יכול לקלף באופן מסודר את שכבת ה‑LFP השימושית מהגיבוי האלומיניום, בטמפרטורת החדר וללא הוספת מים או כימיקלים, תוך שמירה על החומר בכדי שיוכל לשמש שוב בסוללות חדשות. מאחר שהשיטה צורכת מעט אנרגיה ואינה מייצרת פסולת נוזלית, היא יכולה לשמש כשלב ראשון יעיל ב"מיחזור ישיר", שבו חומר הקטודה היקר נשלף עם מבנהו במידה רבה שלם במקום להתפרק ולהיבנות מחדש. עם העובדה שסוללות LFP צפויות להשתלט על שווקים רבים של כלי רכב חשמליים ואחסון רשת, טכניקות הפרדה בעלי השפעה נמוכה כאלה עשויות למלא תפקיד מרכזי בסגירת מעגל מחזור חיי הסוללה ובהפיכתו ליותר בר־קיימא.

ציטוט: Tokoro, C., Kurihara, T., Narita, A. et al. Delamination of lithium iron phosphate from aluminum foil using electrical pulsed discharge without heat, water, or chemicals. Sci Rep 16, 12627 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39469-5

מילות מפתח: מיחזור ליתיום-איירן פוספט, הפרדת שכבת קטודה בסוללה, פריקה חשמלית בפולסים, מיחזור ישיר של סוללות, סוללות ליתיום-יון ברות קיימא