Цахилгаан тээврийн хэрэгслүүд дотоод шаталтын хөдөлгүүрийн хортой утаа, моторыг орлож, олон давхар шүүлтүүрийн тогтолцоог өөрчилж байна. Хийн эхүүн үнэртэй түгээгүүрийн газрууд батарей цэнэглэгчүүдээр солигдох явц хэдийнэ эхэлсэн. Сэргээгдэх эрчим хүч ашиглан бүхэл бүтэн хотыг нэг өдрийн турш эрчим хүчээр хангах хэмжээний зай хураагууруудыг цэнэглэгч цэгулам боловсронгуй болж байна. Энэхүү "цахилгаанжсан” ирээдүй та бидний бодож байгаагаас ч ойрхон иржээ. Дэлхийн томоохон автомашин үйлдвэрлэгч "Женерал Моторс” компани хийн хөдөлгүүртэй тээврийн хэрэгслүүдийнхээ борлуулалтыг 2035 он гэхэд зогсоохоор төлөвлөснөө он гарсан даруйд танилцуулсан. Харин "Ауди” компани 2033 он гэхэд хийн хөдөлгүүртэй автомашины худалдааг зогсооно гэв. Энэ мэтчилэн автомашин үйлдвэрлэдэг дэлхийн олон компани "Женерал Моторс”, "Ауди”-тай төстэй төлөвлөгөө гаргажээ. "Блүүмберг” сувгийн судалгаагаар, тээврийн хэрэгслийн дэлхийн борлуулалтын 2/3 нь 2040 он гэхэд цахилгаан автомашин байна гэж гарчээ.

Дэлхийг тор мэт сүлжсэн цахилгаан автомашины худалдаа зай хураагуурын хүчин чадал, хадгалалтын технологийг сайжруулахад түлхэц болж буй нь талархууштай. Энэ нь тогтвортой эрчим хүчийг бий болгох хамгийн зөв арга зам мэт сонсогдож байгаа ч нэг том бэрхшээлийг мартаж болохгүй. Цахилгаан автомашинуудад одоогоор лити-ион батарейг түгээмэл ашиглаж байна. Сэргээгдэх эрчим хүчний салбарт  эрчим хүчээ нөөцлөхийн тулд мега батарейнуудыг ч өргөнөөр ашигладаг. Лити батарейг дахин боловсруулахад амаргүй боловч боловсруулах шаардлага яалт ч үгүй гарч ирж байна.

Хар тугалга-хүчилтэй уламжлалт батарейнуудад ашигладаг өргөн хэрэглээний дахин боловсруулах арга лити батарейд тохирдоггүй. Лити батарейнууд илүү том, хүнд, олон төрлийн найрлагатай бөгөөд буруу боловсруулсан тохиолдолд маш аюултай.

Зай хураагуур дахин боловсруулдаг энгийн үйлдвэрт батарейнуудыг нунтаг болтол буталж, дараа нь хайлуулах /пирометаллурги/ эсвэл хүчилд уусгах /гидрометаллурги/ аргыг ашигладаг. Гэвч лити батарей олон янзын материалаас бүрдсэн байдаг учраас маш болгоомжтой задлахгүй бол тэсэрч дэлбэрэх аюултай. Дээрх хоёр аргаар лити батарейнуудыг задалсан ч дахин ашиглалтад оруулахад амаргүй байдаг.

Английн Лестерийн их сургуулийн физикийн химич Эндрю Эббот "Одоо хэрэглэж байгаа бүтээгдэхүүнийг тэр чигт нь нунтаглан үйрүүлж, нарийн түвэгтэй хольцыг цэвэрлэх арга нь хямд үнэтэй бүтээгдэхүүнүүдэд ахадсан их зардал гаргаж байна” хэмээжээ. Үүнтэй адил лити батарейг дахин боловсруулах нь шинийг үйлдвэрлэснээс илүү зардалтай болж байна. Дэлхий даяар нийт лити батарейнуудын ердөө таван хувийг дахин боловсруулж байгаа бөгөөд ашиглагдаж дууссан батарейнуудын дийлэнх нь хогийн цэгт хаягддаг.

Лити батарейнуудыг дахин боловсруулах аргыг бүрэн гүйцэд боловсруулж чадаагүй нь хүрээлэн буй орчинд хор хөнөөл учруулж буй ганц шалтгаан биш. Лити батарейг үйлдвэрлэхийн тулд олон төрлийн металлуудыг олборлох шаардлагатай. Нэг тонн литийг олборлохын тулд 2 сая 273 мянган литр буюу 500 мянган галлон ус хэрэгтэй болдог. Чилийн Атакама давсан талбайд лити олборлосноор ургамал ногоо хомстож, агаарын температур нэмэгдэж, үндэсний баялаг бүхий нутаг дэвсгэрт ган гачиг ихэсч байна. Цахилгаан тээврийн хэрэгслүүд нүүрстөрөгчийн давхар ислийн ялгаруулалтыг бууруулахад тусалж байж болох ч  тэдэнд ашиглаж буй цэнэг хураагуур хүрээлэн буй орчинд хор хөнөөл учруулж байгаа юм.

Ширли Мэн: Бид батарейг нэг удаа хэрэглээд хаядаг үе ард хоцорно

Ойролцоогоор 10 жилийн дараа ашиглалтаас гарсан сая сая лити батарейг илүү ашигтайгаар дахин боловсруулдаг болбол эрчим хүчний салбарын зардлыг хөнгөлөхөд дэмтэй болно. Хэд хэдэн лабораториуд лити батарейн хэрэгцээ шаардлага огцом нэмэгдэж байгаад бэлтгэж стандартад оруулсан, байгальд хоргүй байдлаар лити батарейг дахин боловсруулах илүү үр дүнтэй аргуудыг боловсруулахаар судалгааны ажлаа явуулж байна.

"Лити, кобальт, никель зэрэг элементийг олборлож, дахин боловсруулж батарей үйлдвэрлэхэд маш их хүчин чармайлт, цахилгаан зарцуулдаг учраас бид тэдгээрийг дахин боловруулж ашигладаг арга замыг олох ёстой. Батарейг нэг удаа хэрэглээд хаядаг үе удахгүй ард хоцорно”

Тэгвэл лити батарейг хэрхэн дахин боловсруулах вэ?

Лити батарейн эсэд металл катод /сөрөг электрод/, цахилгаан химийн хариу урвалын үед электронуудыг цуглуулдаг анод /эерэг электрод/ байдаг. Кобальт, никель, төмөр, манган, лити зэрэг олон төрлийн элементүүд нэгдэж лити батарейг бүтээдэг. Лити-ионууд анодоос катод руу шилжиж цахилгаан гүйдлийг үүсгэдэг. Катод дахь металлууд батарейн хамгийн чухал хэсгийг бүрдүүлж, эрчим хүч нөөцлөх химийн урвалыг бий болгодог ба лити батарейн цэнэг нурах үед эргэн сэргээх гол хүчин зүйл нь болдог.

Ширли Мэн лити батарейг олон тавцантай номын тавиуртай зүйрлэжээ. Лити-ион тавиур дундуур хурдан шилжиж, хамгийн дээд давхарт хүрчихээд буцдаг. Энэ үйл явцыг үелэх гэж нэрлэдэг. Олон жилийн дараа номын тавиурууд байгалийнхаа жамаар хугарч гэмтдэг. Бид номын тавиурыг буцааж эвлүүлэх боломжтой учраас дахин боловсруулсан материалыг шинэ батарей болгох боломжтой гэж Мэн үзэж байна.

Лити батарейг дахин боловсруулах, дахин ашиглах нь үнэ цэнийг бүрдүүлнэ. Тиймээс эрдэмтэд Мэнийн дүрсэлсэн шиг шууд дахин боловсруулах явцыг илүү дэмжиж байгаа юм. Энэ нь батарей үйлдвэрлэхэд гардаг зардал, хаягдал, эрчим хүчийг хэмнэж чадна. Гэвч лити батарейг задлах явцыг одоогоор лабораторийн орчинд ихэвчлэн гар аргаар явуулж байна. Үйлдвэрт яг энэ түвшинд задалдаг болох шаардлага бий. Ирээдүйд батарейг задлахад илүү сайн технологи хэрэгтэй болох ба роботуудыг ашиглан батарейг дахин угсардаг шиг адил аргаар задалдаг болох хэрэгтэй гэж Эндрю Эббот үзжээ.

Их Британийн Фарадэй хүрээлэн дэх Эбботын баг "РеЛиб” төслийн хүрээнд лити батарейг роботоор задлах аргыг судалж байна. Уг төсөл нь лити батарейг дахин ашиглах, дахин боловсруулах хөтөлбөр юм. Эбботын багийнхан хэт авианы төхөөрөмж ашиглан анод, катодыг дахин боловсруулах замыг олжээ. Энэ нь шүдний эмчээр шүдээ цэвэрлүүлэхтэй ижил гэж тэрээр тайлбарласан байна. Уг хэт авианы дахин боловсруулах арга шинэ материалаар шинэ батарей үйлдвэрлэхээс хамаагүй бага зардалтай ажээ. Энэ аргыг дэлгэрүүлэхэд хялбар ба илүү том хэмжээтэй батарейнд ашиглах боломжтой юм байна. Эбботын баг үйлдвэрийн хаягдал дээр туршилтаа явуулж байгаа юм. Багийн робот ашиглан хугацаа нь дууссан батарейнуудыг задлах туршилтууд сайжирсаар байна.

Бүрэн задарч, байгальд хор хөнөөлгүй шингэдэг батарей

Зарим эрдэмтэд лити батарейнуудын оронд байгальд ээлтэй замаар устгаж, шинээр үйлдвэрлэж болох өөр арга зам эрэлхийлсээр байна. Техасын A&M их сургуулийн химийн инженерчлэлийн профессор Жоди Луткенхаус органик материалаас бүрдсэн, бүрэн задралд орох боломжтой батарейг гаргаж авахаар ажиллаж байна. Хөдөлмөрийн өртөг, эрчим хүчний хэрэгцээнээс шалтгаалж олон төрлийн батарейг дахин боловсруулж чадахгүй байна. Задралд орж, байгальд хөнөөлгүй шингэж алга болдог батарей дахин боловсруулалтаас хялбар, зардал чирэгдэл багатай аж. Лити батарейг дахин боловсруулахаар буталж, эргэн угсрахаддахин ашиглагддаггүй, хаягддаг хэсгүүд үлддэг. Тиймээс Луткенхаусын багийнхны ажиллаж байгаа задралд ордог батарей илүү тогтвортой эрчим хүчний үүсвэр болж ч магадгүй юм.

2000 оноос хойш ашиглагдаж байгаа органик батарейн органик материалууд электронуудыг суллах, хадгалахад дэмжлэг болдог. Луктенхаусын баг органик батарейнуудыг хүчил ашиглан амино хүчил болон дайвар бүтээгдэхүүн болгон задалдаг бөгөөд бүтээгдэхүүнийг зөв задлахын тулд тохирсон орчин нөхцөл хэрэгтэй болсон байна. Эцэст нь өндөр хэмийн халуунд хүчил үр дүнтэй болохыг олж мэджээ. Гэвч батарейг ингэж задлахад маш олон сорилтууд тулгарна. Ийм төрлийн органик батарейг үйлдвэрлэхэд шаардлагатай материалууд үнэтэй, ховор төдийгүйцахилгаан тээврийн хэрэгсэл, цахилгаан шугам сүлжээ зэрэг их хэмжээний тог цахилгаан шаарддаг төхөөрөмжүүдэд хэрэгтэй эрчим хүчийг ялгаруулж чадах эсэх нь баталгаагүй. Гэвч Луткенхаусын багийн хийсэн шиг бүрэн задралд ордог батарейнууд лити батарейнуудтай өрсөлдөх хэмжээнд хүртэл хөгжихийг үгүйсгэх аргагүй юм.

Эрдэмтдийн лити батарейг шууд дахин боловсруулахад түлхэц болох дараагийн алхам нь батарей үйлдвэрлэгчид болон дахин боловсруулах үйлдвэрүүдийг сайжруулах ажээ. Ширли Мэнийн хэлснээр үйлдвэрлэгчид хиймэл оюун ухаантай робот ашиглан бүх батарейг шугаман кодод оруулснаар түүнд орсон орц материалуудыг хялбархан ангилах боломжтой.Зөөврийн компьютероос авахуулаад автомашин, цахилгаан шугам сүлжээ зэрэг маш олон төрлийн цахилгаан хэрэгслүүдэд лити батарейг ашиглаж байна. Батарейг дахин боловсруулах үйлдвэрүүд батарейн төрлөөс хамаарч өөр хоорондоо ангилалтай байх нь зүйтэй гэж эрдэмтэд үздэг. Олон төрлийн хуванцруудыг ангилан дахин боловсруулдагтай ижил. Тэгж байж илүү үр дүнтэй болно. Гэсэн ч дараагийн сорилт хаалганы цаана хүлээж буй.

Бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэлийн тухайд батарей, автомашин үйлдвэрлэгчид лити батарейнд шаардлагатай материалын үнийг бууруулж,олборлох үед эрчим хүчний зарцуулалтыг багасгахаар ажиллаж байна. Цахилгаан автомашин үйлдвэрлэгчид өөрсдийн батарейг дахин ашиглах олон төрлийн арга замуудыг эрэлхийлж эхэлжээ. Тухайлбал Ниссан компани "Leaf” машиныхаа хуучин батарейг дахин сэргээж, үйлдвэрүүдэд авчран автомат удирдлагатай тээврийн хэрэгслүүдэд суурилуулж байна.

Цахилгаан тээврийн хэрэгслийн эрэлт зах зээлд хурдацтай өсөн нэмэгдэж байгаа нь аль хэдийнэ автомашины зах зээлд өрсөлдөж буй компаниудыг сайн чанарын лити батарейг хөгжүүлэхэд олон тэрбум доллар зарцуулахад хүргэжээ. Одоогоор Хятад улс лити батарейн хамгийн том үйлдвэрлэгч орон төдийгүй батарейг дахин боловсруулах тал дээр тэргүүлэх боллоо. Лити батарейнуудыг ангилан ялгаж дахин боловсруулах арга техникийг стандартад оруулахад Хятад дэлхийн улс орнуудын түрүүнд алхаж байна. Хэрэгтэй хэсгүүдийг дахин угсрахад хиймэл оюун ухааны технологи ашиглаж, лити батарейн найрлагад ордог бүтээгдэхүүний нөөц багатай орнуудад Хятад тусалж болох юм.

Хятадын тусламжтай лити батарейтэй өрсөлдөхүйц шинэ батарейн технологийг хөгжүүлэхэд эрүүл өрсөлдөөн бий болж ч магадгүй. Цөөн төрлийн материал ордог, байгаль орчинд аюулгүй батарей үйлдвэрлэх нь хямд төсөр, ангилж ялгахад амар байх нь цахилгаан тээврийн хэрэгслүүдэд тулгарч буй асуудлыг шийдэж болох юм. Гэвч тэр хүртэл лити батарейн дахин боловсруулалтыг стандартад оруулах нь эн тэргүүний чухал асуудал хэвээр байх болно. 2025 он гэхэд цахилгаан тээврийн хэрэгслийн сая сая батарейн хугацаа дуусна. Хялбаршуулсан дахин боловсруулах үйлдвэрүүд дэлхийн зах зээлд илүү хэрэгцээтэй болно. Цахилгаан тээврийн хэрэгслүүд авто тээвэрт зонхилох цагт батарейнуудыг дахин ашиглах илүү сайн боломж гарч ирнэ гэдэгт найдаж байна.