بخشی از مقاله
چکیده:
امروزه مسئله محیط زیست به یکی از مهمترین چالشها در تمام کشورها به ویژه کشورهای صنعتی و با جمعیت بالا مطرح است. به نوعی محیط زیست با تمام مشاغل و تجهیزات در ارتباط میباشد. توجه به آن به ویژه در زمینه زبالههای خانگی و صنعتی مهم است. وسایل الکترونیکی غیر قابل مصرف - مستعمل یا ضایعات کارخانهها - به دلیل داشتن انواع فلزات سنگین در ساختار خود میتوانند سبب زیان رساندن به محیط زیست شوند.
یکی ازاین مواد باتریهای قابل شارژ لیتیومی از نوع - - است که دارای کلکتوری با ترکیب لیتیم آهن فسفات - 4 - میباشد که با وجود کاهش اثرات مخرب نسبت به دیگر باتریها به ویژه باتریهای سربی ولی می تواند باعث ایجاد زیانهایی به محیط اطراف خود شوند. وجود عناصر و ترکیبات لیتیمی که ممکن است سبب ایجاد اشتعال گردد، آهن که در صورت بالاتر رفتن از حد نصاب و واکنش با عنصری چون آرسنیک سبب آلودگی-های خاک و هوا و آب میشود. فسفات در اثر واکنش با آب، سبب تولید جلبک گردیده و باعث آلودگی آب می-شود. پس دفع مناسب ضایعات باتریهای لیتیمی و یا بازیافت آن علاوه بر افزایش بازده اقتصادی سبب کاهش ضایعات و آسیبهای محیط زیستی میشود.
-1 مقدمه
بشر علارقم دستیابی به سیارات و کرات دیگر و با وجود پیشرفت سریع فناوری، متاسفانه هنوز نتوانسته محیطی را که خود در آن زندگی میکند، مدیریت کند و این مسئله منجر به بحرانهای محیط زیستی شده است، بحرانهایی که به اشکال گوناگون مانند: تخریب لایه ازن، گرم شدن کره زمین، تغییرات اقلیمی، آلودگی آب، خاک، هوا و غیره خود را نشان میدهد. که در نهایت انسانی که بدلیل منافع زود گذر خود باعث به وجود آمدن چنین اختلالات و نابسامانیهایی در سازوکار این جهان منظم شده، خود در بیشتر موارد به طور جبران ناپذیری، متضرر میشود. کشورهای در حال توسعه بر سر یک دو راهی انتخاب قرار دارند، رشد سریع اقتصادی، صنعتی بدون توجه به عواقب محیط زیستی آن، یا اتخاذ راهبرد توسعه صنعتی پایدار مبتنی بر تلفیق ملاحضات اکولوژیکی و اقتصادی
در واقع اگر چه در سالهای اخیر فناوریهای نوین در عرصه الکترونیک سبب بهبود وضعیت زندگی ما انسانها شده است، اما به موازات آن با مشکلات جدیدی ناشی از تولید زبالههای الکترونیکی مواجه شدهایم که در مقایسه با زبالههای خانگی با سرعت بیشتری رو به افزایش و حاوی مواد خطرناک تر و سمی تری بوده اند. وجود برخی از آنها در محیط می تواند شیوع بیماریهای مختلف مانند کمبود آهن، آسیب های مغزی، بیماری های کبدی و غیره در سطح جوامع را توجیه کند. این مواد آلوده کننده زمانی که سوزانده می شوند و یا به طور غیر قابل کنترل در محیط بازیافت می شوند، درصد سمیت آنها به بیشترین حد می رسد. در کنوانسیون بازل1 زبالههای الکترونیکی را به عنوان زبالههای خطرناک میشناسند. امروزه به موازات شناخت اثرات سوء و مخرب ناشی از مواد شیمیایی خطرناک، راهبردهایی در جهت کنترل صحیح آنها در نظر گرفته شده است و تنها با تحقق بخشیدن به این راهبردهای پیشگیری کننده است که می توان کشورها را از تکرار اشتباهات مکرر بر حذر داشت
در صنعت جهانی، صنایع الکترونیکی دارای سریعترین رشد و تولید هستند و در میان صنایع الکترونیکی، صنعت رایانه طی دو دهه اخیر، بیشترین رشد را داشته است. دقیقاً به دلیل همین رشد و پیشرفت سریع است که تجهیزات رایانهای سریعتر از سایر محصولات الکترونیکی، کهنه و از رده خارج می شوند. امروزه سریع ترین رشد در جریان تولید مواد زائدجامد، درکشورهای صنعتی مربوط به زبالههای رایانهای است. رشد زباله های مذکور به قدری سریع بوده است که کشورهای پیشرفته اعلام کرده اند اگر عکس العمل ها و راهکارهای جدی و بنیادی در قبال تولید بی رویه این زباله ها صورت نگیرد تا چند سال دیگر این کشورها روی کوهی از زبالههایکامپیوتری قرار خواهند گرفت
یک گزارش منتشر شده دیگر از سوی سازمان ملل با عنوان کامپیوتر و محیط زیست نشان میدهد، برای تولید یک کامپیوتر معمولی با اکران، به اندازه ده برابر وزن آن، انرژی فسیلی مثل نفت و گاز مصرف شده است. درمقایسه، باید توجه داشت که مثلاً برای تولید یک اتومبیل یا یک یخچال معادل یک یا دو برابر وزن آنها انرژی فسیلی مصرف شده است. به معنی دقیق تر، تولید یک کامپیوتر با نمایشگر 17 اینچ معادل 240 کیلوگرم نفت،22 کیلوگرم مواد شیمیایی و 1500 لیتر آب، یعنی در مجموع حدود 1800 کیلوگرم مواد اولیه مصرف شده است.
-2 بحث و بررسی
-1-2 ویژگی های باتری های :
اکثر باتریهایی که در سالهای اخیر ساخته شدهاند برا اساس و ساخته شدهاند . که این مواد سبب بالا بودن چگالی انرژی، عمر بالاتر و نبود تأثیر بر روی حافظه را می شود
به تازگی موادی بر پایه فسفات توسعه داده شده، که شامل یون آهن فسفات میباشد. بدلیل ویژگیهای خاص میتواند به عنوان پوشش نیز مورد استفاده قرار گیرد. مقایسه مزایا و معایب انواع ساختاری باتری های لیتیمی در جدول1 ارائه شده است.در مقایسه با موادی بر پایه کبالت و منگنز، لیتیم اهن فسفات2 دارای پایداری بالاتر از آنها بوده و برای پوشش سطوح مناسبتر است. قیمت پایینتر و سمیت کمتر، در دسترس بودن آهن، ویژگیهای ایمنی خود باتری، و عملکرد خوب از نظر الکتروشیمیایی و غیره سبب شده است که این مواد رفته رفته جایگزین مواد قبلی شوند و به عنوان پوشش کاتد مورد استفاده قرار بگیرند
کاتدهای با ساختار اولیوینی یا کاتدهای دارای آنیون فسفات با ترکیب LiMPO4 هستند. که فضای لازم برای درج یون لیتیوم، به صورت کانال تک بعدی در جهت کریستالوگرافی [010] موجود است. شکل 1 ساختار و جهت کریستالوگرافی کانال [010] موجود برای نفوذ و قرارگیری یون لیتیم را نشان می دهد.
کاتد O4 که به اختصار نامیده میشود از مشهورترین اعضای این گروه است. آنچه باعث شده این کاتد اهمیت فراوانی بعد از کاتد داشته باشد ایمنی، فراوانی، ارزانی و غیر سمی بودن، عدم مشکل محیط زیستی و داشتن بالاترین پایداری در مقابل الکترولیت است. ایمنی بسیار بالای این کاتد موجب میشود به عنوان کاتد خودروهای الکتریکی استفاده شود.
با تمام این تفاصیل، فسفات آهن لیتیم ماده پیچیدهای است، به طوری که هنوز مکانیسم حرکت یونهای لیتیم درون این ماده برای محققان مشخص نیست. از سوی دیگر استفاده از این ماده برای تولید باتریهای بادوام با ظرفیت بالا بسیار ضروری است و بالاخره یک روز باتریهای اکسیدکبالت فعلی جای خود را به باتریهای حاوی فسفات آهن لیتیم میدهند
الکترودهای فسفات آهن لیتیم دارای ذرات یکنواختی است که یا غنی از لیتیم بوده یا دچار فقر لیتیم هستند. پژوهشگران آزمایشگاه ملی ساندیا نشان دادند وارد شدن یونهای لیتیم به درون کاتد موجب چیدمان یک به یک ذرات در کاتد میشود.
افزایش نگرانی های زیست محیطی در دهه اخیر به علت افزایش عناصر سنگین در محیط منجر به وضع قوانین در مورد پسماند های خطرناکی که حاوی عناصر سنگین هستند، از قبیل باتری های مصرف شده و سایر مواردی که به محیط عناصر سنگین وارد می کنند در جهان شده است. باتریهای محتوی مواد سمی مانند کادمیوم، سرب، نیکل، جیوه، روی و لیتیوم و فسفات و آهن و غیره هستند.
برخی از این عناصر از طریق دستگاه تنفسی وارد بدن میشود و برخی دیگر از طریق زنجیره غذایی جذب بدن میشود که میزان جذب بستگی به نوع فلز دارد . انسان از طریق زنجیره غذایی و بلع مستقیم، در معرض این مواد سمی قرار میگیرد. به طور مثال ورود کادمیوم به بدن باعث بیماری ایتای ایتای و سرب مشکلاتی از قبیل جلوگیری از تولید هم در خون شده و باعث کم خونی می شود.
حجم باتری های از رده خارج شده هم قابل توجه می باشد بطوری که طبق آمار سال 2005 سالیانه در آمریکا 8 میلیارد باتری و در ژاپن 6 میلیارد باتری از رده خارج میشود و این رقم در برزیل 1 میلیارد میباشد. دلیل افزایش را میتوان به رشد تکنولوژی در دههی اخیر ارتباط داد به طوری که امروزه استفاده از تلفن های همراه، بی سیم دار، چراغ قوه، رادیو، ساعت، ماشین حساب، اسباب بازی و غیره به طور گسترده صورت گرفته است.
