بررسی نقش گرافیت در تولید باتری‌ها

می متالز - بازار باتری‌های لیتیوم- یون گرافیت، به‌دلیل فشار جهانی در برابر استفاده از سوخت‌های فسیلی و تعهد به رویکرد انرژی‌های پاک، به سرعت در حال رشد است. در این بین، گرافیت نیز به‌عنوان جزء کم‌تر شناخته شده باتری‌های لیتیوم- یون، از این رشد بهره می‌برد. در این گزارش نگاهی به این عنصر پرمصرف در باتری‌ها انداخته می‌شود.

به گزارش می متالز، شواهد و تحلیل‌ها نشان می‌دهد که تا سال 2026 از هر 6 خودروی فروخته شده در جهان، یک خودرو، الکتریکی خواهد بود و این نشان از وجود عزمی جهانی در راستای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای نظیر کربن دی‌اکسید و جلوگیری از تغییرات نابه‌سامان آب و هوایی دارد. تولیدکنندگان خودروهای الکتریکی امیدوارند تا با استفاده از باتری‌ها بتوانند به کاهش نرخ آلودگی و تغییرات شرایط جوی کمک کنند.

در سال‌‎های اخیر تقاضای جهانی برای گرافیت به صورت قابل توجهی افزایش یافته است و با توجه به رشد عظیم تولید خودروهای الکتریکی، تقاضای گرافیت در سال‌های آینده افزایش بیشتری خواهد یافت. امروزه دولت‌های سراسر جهان، قوانینی را برای منع استفاده از سوخت‌های فسیلی و ماشین‌آلات دیزلی وضع کرده‌اند تا افراد حقیقی و حقوقی را مجبور به ایجاد رویکردی برای تولید و استفاده از وسایل نقلیه الکتریکی کنند.

لیتیوم به‌عنوان یکی از اجزای اصلی مورد استفاده در باتری‌ها در انقلاب خودروهای الکتریکی شناخته شده است، اما گرافیت که کمتر مورد توجه واقع شده است هنوز یکی از عناصر اصلی سازنده باتری‌های لیتیوم- یون است. در حقیقت اگر گفته شود که باتری‌های لیتیوم- یون بیشتر از لیتیوم به گرافیت نیاز دارند، بزرگنمایی خاصی صورت نگرفته است؛ چرا که میزان مصرف گرافیت در این باتری‌ها چیزی بیش از 10 تا 20 برابر لیتیوم مصرف شده در آن‌ها است. ایلان ماسک، مدیر عامل شرکت تسلا گفته است عنوان درست‌تر برای این باتری‌ها، عبارت «نیکل – گرافیت» است و نه لیتیوم- یون، چرا که میزان مصرف لیتیوم در این مدل از باتری‌ها کمتر از 2 درصد است.

در هر صورت در باتری‌های محبوب لیتیوم- یون، گرافیت، الکترود منفی (آند) را تشکیل می‌دهد. یون‌های لیتیومی با عبور از میان بافر الکترولیت از آند به سمت کاتد ارسال می‌شوند. مزیت استفاده از گرافیت چرخه عمر بالا و همچنین فراوانی آن است. گرافیت در سطوح اتمی، به صورت ساختارهای لانه زنبوری منظم هدایت الکتریکی قابل توجهی را از خود نشان می‌دهد که برای تولید باتری‌های قابل شارژ بسیار لازم و ضروری است.

شایان ذکر است که تمامی گرافیت‌های موجود نمی‎‌توانند به‌عنوان آند مورد استفاده قرار بگیرند. انواع گرافیت‌های موجود عبارتند از، گرافیت پرک (Flake)، آمورف (Amorphous)، رگه‎‌ای (Vein) و گرافیت مصنوعی (Synthetic). در سطوح میکروسکوپی، گرافیت پرک؛ 6 ضلعی، صاف و مسطح به‌نظر می‌رسد. گرافیت پرک، خود به دسته‌های، کوچک، متوسط، بزرگ و یا درشت تقسیم می‌شود، اما از این میان گرافیت پرک بزرگ برای تولید باتری‌ها مناسب است و گرافیت پرک کوچک نمی‎‌تواند مورد استفاده قرار بگیرد.

بیشتر گرافیت تولید شده در جهان توسط کشور چین عرضه می‌شود. کشورهای هند و برزیل در رتبه‌های دوم و سوم جهان در تولید گرافیت قرار می‌گیرند و دیگر منابع نظیر پروژه Berkwood’s Lac Guéret در کبک کانادا هنوز به‌صورت کامل محصولات خود را عرضه نکرده‌اند.

مواد معدنی گرافیتی از طریق معادن روباز و نیز زیرزمینی، در کنار سنگ‌های آهکی مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرند. لازم به‌ذکر است که گرافیت پرک مطلوب توسط صنایع بعدی از زنجیره تأمین صنعت گرافیت حاصل می‌شود. میزان خلوص گرافیت حاصل شده نیز بسیار مهم است؛ چرا که گرافیت خالص‌تر به فرآیند‌های بعدی کمتری نیاز خواهد داشت. نمودار 1 بزرگ‌ترین تولیدکنندگان گرافیت جهان را در سال 2017 نشان می‌دهد.