يزدهر الطلب على المستهلكين على الأجهزة المحمولة يخزن مشكلة التخلص من نفايات البطارية للمستقبل
البطاريات هي متجر مناسب وعالي الكثافة من الطاقة. ليس من قبيل المصادفة أنها الدعامة الأساسية لأجهزة IoT المتصلة. ومع ذلك ، هناك الكثير لا يعجبك في البطاريات:
* الحجم والشكل-بطاريات الخلايا الأسطوانية أو العملة المعدنية لها عامل شكل ضخم يمكن أن يكون من الصعب استيعابه في التصميمات الأنيقة والرقيقة المفضلة للمستهلكين.
* التكلفة الإجمالية المرتفعة للملكية – عندما يتم تفريغ البطارية بالكامل أو تصل إلى نهاية عمرها ، فإن استبدالها في المنتجات الصناعية أو التجارية يدعو إلى حضور فني في الموقع ، وهو حدث يمكن أن يكلف 200 دولار لكل وحدة.
* إتلاف البصمة البيئية – تحتوي البطاريات على مواد كيميائية ضارة أو سامة. يعد التخلص في نهاية الحياة أمرًا صعبًا حيث يصعب استرداد المواد في البطاريات وإعادة تدويرها.
* التعرض لمتطلبات الامتثال الشاقة – تتخذ الحكومات موقفًا عدوانيًا متزايدًا تجاه الأضرار البيئية الناجمة عن البطاريات والبيئة التنظيمية للمنتجات التي تحتوي على البطاريات لتصبح أكثر عدائية في السنوات القادمة.
تشرح هذه العوامل سبب يتطلع مصنعو الأجهزة الصغيرة المتصلة إلى مجموعة من حصاد الطاقة (في أغلب الأحيان خلية كهروضوئية) ومكثف فائق كبديل أرخص وخالي من الصيانة لإمدادات طاقة البطارية.
تغيير حجم الفواصل
يزيل حصادة الطاقة جنبًا إلى جنب مع SuperCap التقليدية الأسطوانية التكلفة العالية لاستبدال البطارية وتحرر OEM من الالتزام بالوائح التي تحكم البطاريات المدمجة. ومع ذلك ، فإن هذا النهج يقصر على مشكلتين أخريين مرتبطين بالبطاريات:
* فائقة التقليدية ضخمة وتقييد حرية التصميم الميكانيكي بنفس الطريقة التي تعمل بها البطارية.
* تحتوي الكبسولة الفائقة التقليدية على مزيج ضار من المواد السامة و “المواد الكيميائية للأبد” المستمرة ، ومن الصعب إعادة تدويرها.
مكنت الابتكارات في الكيمياء والإنتاج من تطوير نوع جديد من السقح الفائق: غير سامة تمامًا وقابل لإعادة التدوير بالكامل ورقيقًا. هذا يوفر حرية التصميم وحجم مناسب للاستخدام حتى في البطاقات الذكية. توفر تقنية Pouch Supercap طريقة لتوفير المساحة الخضراء للتخلص من البطارية من تصميم جهاز ذكي جديد.
العبء البيئي
إن الدافع وراء تصنيع المعدات الأصلية لتجنب البطاريات ينمو أقوى من أي وقت مضى. أصبحت مشكلة البصمة البيئية للبطاريات حادة بشكل متزايد بسبب ارتفاع أحجام البطاريات والتصرف في النهاية. تحتاج الأجهزة الذكية ومعظم الأجهزة اللاسلكية وأجهزة إنترنت الأشياء إلى مصدر طاقة مستقل خالٍ من الأسلاك ؛ اليوم ، البطارية هي الاختيار الافتراضي ل OEM.
الشكل 1: مواد داخل Ligna Energy Supercaps تعتمد على الحيوية
ولكن هذا يخزن مشكلة النفايات الإلكترونية الضخمة. وفقًا للمفوضية الأوروبية ، في عام 2022 ، تم بيع 244،000 طن من البطاريات المحمولة في الاتحاد الأوروبي. في نفس العام ، تم جمع 111000 طن فقط من البطاريات المحمولة المستخدمة لإعادة التدوير.
البطاريات بعيدة عن الحميد عندما تصل إلى نهاية حياتهم ويدخلون نظام التخلص من النفايات. يحتوي معظمهم على مواد كيميائية سامة أو ضارة للبشر والحياة البرية ، بما في ذلك الليثيوم والمنغنيز والكوبالت ، وكذلك المعادن الثقيلة و PFAs (مواد الفلووروكيل). يتم مطابقة الضرر المحتمل في نهاية الحياة في عملية إنتاج البطارية أيضًا. غالبًا ما يكون تعدين المواد المستخدمة في إنتاج البطاريات ضارة بيئيًا ، ويتعرض مستخدمو هذه المواد لخطر خرق معايير تتطلب تجنب معادن الصراع.
لا عجب ، إذن ، أن الحكومات التي تفكر إلى الأمام تقدم لوائح تهدف إلى تقليل الضرر من الإنتاج على نطاق واسع والتخلص من البطاريات.
على سبيل المثال ، تهدف أحدث لائحة البطاريات في الاتحاد الأوروبي 2023/1542 إلى التأكد من أن “في المستقبل ، تتمتع البطاريات بصمة منخفضة الكربون ، وتستخدم الحد الأدنى من المواد الضارة ، وتحتاج إلى مواد خام أقل من البلدان غير الاتحاد الأوروبي ، ويتم جمعها وإعادة استخدامها وإعادة تدويرها إلى درجة عالية في أوروبا”. اللوائح الأخرى إما سارية أو قيد النظر في الولايات القضائية في جميع أنحاء العالم.
تم تعيين مقياس مشكلة البطارية ليزداد سوءًا مع زيادة عدد كائنات إنترنت الأشياء من مليارات إلى تريليونات. هذا الاتجاه هو أن تصبح منتجات إنترنت الأشياء أصغر من أي وقت مضى ، مما يجعل من الصعب الحفاظ على العملية الآمنة للبطاريات القائمة على الليثيوم وتمكين استصلاح المواد في نهاية حياة الجهاز.
إعادة تصميم المنتج
يوفر نظام حصاد الطاقة مع عنصر تخزين الطاقة ، الذي يحل محل البطارية في جهاز ذكي ، “قوة إلى الأبد” ، مما يزيل المصاريف العالية المرتبطة باستبدال البطارية التي يتم تفريغها. كما أنه يعفي مصنعي المعدات الأصلية من واجب الامتثال للوائح على البطاريات.
يؤدي استخدام أركان الفائقة التقليدية إلى فتح مسألة الأضرار البيئية المحتملة. عادةً ما تحتوي الكبسولات الفائقة التقليدية على المعادن الثقيلة و PFAs. حتى أن البعض يستخدم الليثيوم كمواد كهربائية أو أملاح ليثيوم في المنحل بالكهرباء.
بالإضافة إلى ذلك ، يكون عامل الشكل القياسي أسطوانيًا ، مع قطر كبير يحد من قدرة الشركة المصنعة على إنشاء تصميم خفيف الوزن ورقيق. مثال نموذجي يتم توفيره في عامل شكل أسطواني يبلغ طوله 8 مم بقطر 20.5 مم.
تسمح هذه الأبعاد بتضمين الأناقة الفائقة في منتجات مثل ملصقات الرف الإلكترونية ، ومتتبعات الأصول ، والبطاقات الذكية ، والترموستات الذكية.
المواد القائمة على الحيوية
الآن ، ظهر حل للمشاكل المتعددة الكامنة في استخدام البطاريات المدمجة من مجموعة من الابتكارات في تكنولوجيا التصنيع وتصميم المنتجات وتكوين المواد. تنتج عائلة S-Power of Supercaps من Ligna Energy من البحث والتطوير التي تهدف إلى إيجاد بديل غير سامة وقابل لإعادة التدوير والمستدامة عن الفواصل التقليدية.
اليوم ، جميع المواد المستخدمة في Ligna Energy S-Power Supercaps آمنة تمامًا وغير سامة ، ويمكن التخلص منها بأمان بدون خطر ضرر على الناس أو الحياة البرية. تتوافق الكبسولة الفائقة مع طرق إعادة التدوير أو التخلص القياسية ، بما في ذلك تمزيق أو حرق.
إن بصمة غازات الدفيئة لنظام حصاد الطاقة يعتمد على خلية PV و SuperCap S-Power أقل بكثير من مصدر طاقة البطارية (انظر الشكل 1). إن مقارنة مصدر الطاقة القائم على S-Power 2S Supercap (S) وخلية PV مع إمدادات طاقة بطارية تعتمد على بطاريتين AAA تم استبدالها مرة واحدة خلال عمر المنتج المضيف ، فإن بصمة الكربون المقدرة لمحلول طاقة Ligna تتراوح بين 27 جم و 49 جرامًا ، في حين أن نظام بطارية AAA 223G.
عن المؤلف
جون سورستروم هو مدير التسويق ، Lignna Energy
