گزارش نتایج فاز اول توسعه باتری فلز لیتیوم Pure Lithium توسط E3 Lithium

E3 Lithium، تولیدکننده لیتیوم کانادایی، نتایج اولیه فاز اول توافقنامه توسعه مشترک با Pure Lithium  را اعلام کرده است. این همکاری بر تولید آندهای فلز لیتیوم با خلوص بالا برای باتری‌ها با استفاده از شورابه های نمکی E3 Lithium و فناوری استخراج مستقیم لیتیوم (DLE) این شرکت، در کنار راهکارهای نوآورانه استخراج و باتریPure Lithium، متمرکز است.

در ۱۳ مارس ۲۰۲۵، شرکت E3 Lithium گزارش داد که از چندین نوع مختلف کنسانتره کلرید لیتیم از نقاط مشخصی در جریان فرآیند تأسیسات تجاری خود استفاده کرده است.

این کنسانتره ها در تاسیسات Pure Lithium در بوستون به آندهای فلز لیتیوم خالص تبدیل شدند. آندها که به روش رسوب‌گذاری الکتریکی بر روی لایه‌های مسی قرار گرفته بودند، سپس برای ارزیابی عملکرد الکتروشیمیایی، در باتری‌ها مونتاژ شدند.

فلز لیتیوم به خلوص بیش از ۹۹.۹ درصد رسید که توسط تحلیل طیف‌سنجی نشر نوری پلاسمای جفت‌شده القایی (ICP-OES) تایید شد.

تست‌های چرخه عمر، که تعداد چرخه‌های شارژ و دشارژ یک باتری را در حالی که ۸۰ درصد ظرفیت خود را حفظ می‌کند اندازه‌گیری می‌کنند، نشان دادند که تمام سلول‌ها از ۵۰۰ چرخه فراتر رفتند.

Chris Doornbos، رئیس و مدیرعاملE3 Lithium، اظهار داشت: "این نتایج تایید می‌کنند که کنسانتره لیتیوم E3 می‌تواند آندهای فلز لیتیوم آماده برای باتری را با استفاده از فناوری Pure Lithium تولید کند." وی افزود: "تیم Pure Lithium بسیار سخت کار کرده تا این باتری‌ها را تولید کرده و عملکرد لیتیوم ما را تایید کند. ما از نتایج بسیار دلگرم هستیم و من از چشم‌انداز توسعه یک زنجیره تامین محلی باتری لیتیومی با همکاری Pure Lithium هیجان‌زده‌ام."

علاوه بر این، نرخ‌های شارژ و دشارژ، که با نسبت متعادل1C:1D  آزمایش شدند، مدت زمان ثابت یک ساعته شارژ و دشارژ را نشان دادند.

این مطالعه نتیجه‌گیری کرد که کنسانتره لیتیوم E3 نه تنها به راحتی قابل تولید است، بلکه مقرون‌به‌صرفه‌ترین ماده اولیه برای باتری‌های Pure Lithium نیز می‌باشد. علاوه بر این، قدرت فرآیند Pure Lithium با عدم وجود تفاوت در عملکرد بین باتری‌های ساخته شده با کلرید لیتیوم از شورابه‌های نمکی Leduc E3 و باتری‌های ساخته شده از منابع استاندارد Pure Lithium برجسته شد.

همکاری بین E3 Lithium و Pure Lithium ادامه دارد زیرا آنها در حال توسعه و برنامه‌ریزی یک فرآیند یکپارچه با هدف ارائه آندهای فلز لیتیوم با بالاترین خلوص و کمترین هزینه ممکن هستند.

Emilie Bodoin، بنیانگذار، رئیس هیئت مدیره و مدیرعاملPure Lithium، گفت: "من از بازآفرینی زنجیره تامین لیتیوم با E3 Lithium بسیار خوشحالم. ما نه تنها آندهای فلز لیتیوم خالص را از منابع غیرمتعارف لیتیوم با استفاده از یک فناوری تازه ابداع شده تولید کردیم، بلکه عملکرد آنها را با چرخه دادن آنها در بیش از ۱۰۰ باتری نیز تایید کردیم." وی افزود: "آزمایش‌های الکتروشیمیایی دقیق مواد باتری ضروری است، و به دست آوردن چنین نتایج عالی به طور مداوم، با استفاده از فناوری‌ای که به طور خاص برای مقرون‌به‌صرفه بودن توسعه یافته، واقعاً هیجان‌انگیز است."

تحلیل و جمع‌بندی

گزارش مشترک E3 Lithium و Pure Lithium در فاز اول توسعه باتری فلز لیتیوم، حاوی نکات کلیدی است که می‌تواند در تحلیل جامع بازار کامودیتی لیتیوم و سرمایه‌گذاری‌های مرتبط مورد توجه قرار گیرد. این همکاری به طور خاص بر تولید آندهای فلز لیتیوم با خلوص بالا (بیش از ۹۹.۹ درصد) از طریق تلفیق فناوری استخراج مستقیم لیتیوم (DLE) شرکت E3 Lithium و راهکارهای استخراج و باتری Pure Lithium متمرکز است.

۱. مزیت رقابتی و نوآوری در فرآیند استخراج

یکی از مهمترین دستاوردهای این گزارش، تایید قابلیت تبدیل کنسانتره لیتیوم E3 Lithium به آندهای فلز لیتیوم با خلوص بالا است. فناوری DLE به عنوان یک روش استخراج نوآورانه، در مقایسه با روش‌های سنتی تبخیر خورشیدی، دارای مزایای قابل توجهی است. DLE می‌تواند منجر به بازدهی بالاتر و زمان تولید کوتاه‌تر شود که این امر به نوبه خود می‌تواند هزینه‌های عملیاتی را کاهش داده و زمان رسیدن به بازار را تسریع بخشد. این موضوع برای سرمایه‌گذاران به معنای پتانسیل افزایش سودآوری و کاهش ریسک‌های مرتبط با نوسانات قیمت لیتیوم در آینده است.

۲. قابلیت تکرارپذیری و مقیاس‌پذیری فرآیند

تست‌های چرخه عمر باتری‌ها که بیش از ۵۰۰ چرخه را با حفظ ۸۰ درصد ظرفیت پشت سر گذاشتند، نشان‌دهنده استحکام و پایداری عملکرد آندهای تولیدی است. این پایداری عملکرد، به ویژه در باتری‌های فلز لیتیوم که به دلیل چالش‌های مربوط به تشکیل شاخه درختی (Dendrite formation) با محدودیت‌هایی مواجه هستند، یک گام رو به جلو محسوب می‌شود. علاوه بر این، عدم تفاوت عملکرد بین باتری‌های ساخته شده با لیتیوم از منابع Leduc Brines E3 و منابع استاندارد Pure Lithium، به معنای قابلیت انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری فرآیند Pure Lithium در استفاده از مواد اولیه مختلف است. این امر می‌تواند منجر به کاهش وابستگی به یک منبع خاص و افزایش امنیت تامین مواد اولیه برای تولید شود.

۳. تحلیل هزینه و بهینه‌سازی زنجیره تامین

نتیجه‌گیری مبنی بر اینکه کنسانتره لیتیوم E3 نه تنها به راحتی قابل تولید است، بلکه مقرون‌به‌صرفه‌ترین ماده اولیه (feedstock) برای باتری‌های Pure Lithium نیز محسوب می‌شود، دارای اهمیت استراتژیک است. در بازار کامودیتی‌ها، کنترل هزینه‌های تولید و بهینه‌سازی زنجیره تامین از اهمیت بالایی برخوردار است. تولید آندهای لیتیوم با خلوص بالا با کمترین هزینه ممکن، می‌تواند به Pure Lithium و E3 Lithium مزیت رقابتی قابل توجهی در بازار رو به رشد باتری‌های فلز لیتیوم بدهد. این امر می‌تواند به کاهش قیمت تمام شده باتری‌ها و در نتیجه گسترش استفاده از آنها در صنایع مختلف مانند خودروهای الکتریکی و ذخیره‌سازی انرژی منجر شود.

۴. پتانسیل شکل‌گیری زنجیره تامین محلی لیتیوم

اظهارات کریس دورنباس مبنی بر چشم‌انداز توسعه یک زنجیره تامین محلی باتری لیتیومی در همکاری باPure Lithium، نشان‌دهنده یک رویکرد استراتژیک برای کاهش وابستگی به واردات و افزایش امنیت انرژی است. این امر می‌تواند به ایجاد اشتغال، توسعه زیرساخت‌های صنعتی و تقویت اقتصاد منطقه‌ای منجر شود. در شرایط کنونی ژئوپلیتیکی و نگرانی‌ها در مورد امنیت زنجیره تامین مواد اولیه حیاتی، ایجاد زنجیره‌های تامین محلی از اهمیت فزاینده‌ای برخوردار است.

۵. کاربردهای پیشرفته و آینده باتری‌های فلز لیتیوم

باتری‌های فلز لیتیوم (Lithium Metal Batteries) دارای چگالی انرژی بالاتری نسبت به باتری‌های لیتیوم-یون رایج هستند. این ویژگی آنها را برای کاربردهایی که نیازمند انرژی بیشتر در حجم و وزن کمتر هستند، مانند خودروهای الکتریکی با برد بالا، هواپیماهای بدون سرنشین و دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل، بسیار جذاب می‌کند. دستیابی به خلوص بالا و چرخه عمر طولانی در آندهای فلز لیتیوم، گامی مهم در تجاری‌سازی این فناوری پیشرفته است که می‌تواند به طور قابل توجهی بر تقاضای آتی برای کامودیتی لیتیوم تاثیر بگذارد.

آینده روشن‌تر برای لیتیوم و انرژی‌های نو

گزارش فاز اول همکاری E3 Lithium و Pure Lithium نه تنها از نظر فنی دستاوردهای قابل توجهی را نشان می‌دهد، بلکه پیامدهای مهمی برای تحلیلگران بازار کامودیتی و سرمایه‌گذاران در بخش انرژی‌های نو دارد. تولید موفقیت‌آمیز آندهای فلز لیتیوم با خلوص بالا از کنسانتره لیتیوم E3 با استفاده از فناوری DLE و فرآیند Pure Lithium، نقطه عطفی در توسعه باتری‌های پیشرفته محسوب می‌شود.

نکات مهم

نوآوری فناورانه به عنوان محرک بازار: موفقیت این پروژه نشان می‌دهد که نوآوری در فرآیندهای استخراج و تولید، می‌تواند تنگناهای موجود در زنجیره تامین لیتیوم را برطرف کرده و به افزایش عرضه مواد اولیه با کیفیت و قیمت مناسب کمک کند. این امر به نوبه خود، به رشد سریع‌تر بازار وسایل نقلیه الکتریکی و ذخیره‌سازهای انرژی کمک خواهد کرد.

پتانسیل افزایش تقاضا برای لیتیوم با کیفیت بالا: با پیشرفت فناوری باتری‌های فلز لیتیوم و حرکت به سمت تجاری‌سازی آنها، تقاضا برای لیتیوم با خلوص بسیار بالا افزایش خواهد یافت. شرکت‌هایی که قادر به تامین این نوع لیتیوم باشند، از مزیت رقابتی قابل توجهی برخوردار خواهند بود.

اهمیت همکاری‌های استراتژیک: این همکاری نمونه‌ای موفق از هم‌افزایی بین شرکت‌های فعال در مراحل مختلف زنجیره ارزش لیتیوم است (E3 Lithium در استخراج و Pure Lithium در فرآوری و ساخت باتری). چنین شراکت‌هایی می‌توانند به تسریع توسعه فناوری‌ها، کاهش ریسک و بهینه‌سازی هزینه‌ها کمک کنند.

سرمایه‌گذاری در فناوری‌های پایدار و مقرون‌به‌صرفه: تمرکز بر تولید مقرون‌به‌صرفه و پایدار (مانند DLE که اثرات زیست‌محیطی کمتری دارد) از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این رویکرد نه تنها جذابیت سرمایه‌گذاری را افزایش می‌دهد، بلکه با الزامات رو به رشد زیست‌محیطی و اجتماعی نیز همسو است.

به طور کلی، این گزارش نشان‌دهنده یک پیشرفت امیدوارکننده در فناوری باتری‌های فلز لیتیوم است که می‌تواند تاثیرات مثبتی بر پویایی بازار کامودیتی لیتیوم، توسعه فناوری‌های انرژی پاک و چشم‌انداز سرمایه‌گذاری در این بخش داشته باشد.

پی نوشت

Dendrite formation

تشکیل دندریت  به رشد ساختارهای شاخه‌ای و سوزنی‌شکل از فلز لیتیوم بر روی سطح آند (الکترود منفی) در باتری‌های لیتیومی (به ویژه باتری‌های فلز لیتیوم) در طول شارژ و دشارژ اشاره دارد.

این پدیده به دلیل رسوب نامتوازن یون‌های لیتیوم، چگالی جریان بالا، دمای پایین، یا عیوب در لایه رابط الکترود-الکترولیت رخ می‌دهد.

پیامدهای اصلی تشکیل دندریت شامل:

کاهش ظرفیت و عمر باتری: دندریت‌ها لیتیوم فعال را مصرف کرده و مقاومت داخلی را افزایش می‌دهند.

اتصال کوتاه داخلی و خطرات ایمنی: می‌توانند از جداکننده عبور کرده و باعث اتصال کوتاه، گرم شدن بیش از حد، و در نهایت آتش‌سوزی یا انفجار شوند.

تورم باتری: تغییر حجم آند به دلیل رشد دندریت‌ها.

راهکارها برای مقابله با آن شامل: استفاده از الکترولیت‌های جامد، بهینه‌سازی الکترولیت و افزودنی‌ها، مهندسی سطح آند، و کنترل دقیق شرایط شارژ و دشارژ است.

فناوری استخراج مستقیم لیتیوم (Direct Lithium Extraction - DLE)

فناوری استخراج مستقیم لیتیوم (DLE) یک رویکرد نوآورانه و در حال توسعه برای جداسازی و استخراج یون‌های لیتیوم از شورابه‌های نمکی (brine) حاوی لیتیوم است. برخلاف روش‌های سنتی که عمدتاً بر تبخیر خورشیدی تکیه دارند، DLE به طور انتخابی لیتیوم را هدف قرار می‌دهد و وعده تولید سریع‌تر، کارآمدتر و با ردپای زیست‌محیطی کمتر را می‌دهد.

مقایسه با روش‌های سنتی (تبخیر خورشیدی)

روش سنتی استخراج لیتیوم از محلول‌های نمکی، شامل پمپاژ محلول به حوضچه‌های تبخیر بزرگ و انتظار برای تبخیر آب توسط نور خورشید است. این فرآیند می‌تواند چندین ماه تا چند سال (گاهی تا ۱۸ ماه یا بیشتر) طول بکشد و نیازمند مساحت بسیار وسیعی از زمین و مصرف قابل توجهی از آب است. همچنین، محصولات جانبی نمکی زیادی تولید می‌کند و به شدت به شرایط آب و هوایی وابسته است.

در مقابل، DLE این معایب را برطرف می‌کند:

سرعت بالا: زمان استخراج لیتیوم را از ماه‌ها/سال‌ها به هفته‌ها/روزها کاهش می‌دهد.

ردپای زیست‌محیطی کمتر: نیاز به حوضچه‌های تبخیر عظیم را از بین می‌برد، مصرف آب را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد (در برخی موارد، آب بازیافت و به مخزن زیرزمینی بازگردانده می‌شود) و انتشار گازهای گلخانه‌ای را کمتر می‌کند.

گزینش‌پذیری بالا: به طور انتخابی یون‌های لیتیوم را از سایر مواد معدنی موجود در محلول جدا می‌کند، که منجر به تولید کنسانتره لیتیوم با خلوص بالاتر می‌شود.

انعطاف‌پذیری منابع: علاوه بر شورابه های نمکی سنتی (مانندSalars )، DLE می‌تواند برای استخراج لیتیوم از منابع غیرمتعارف مانند آب‌های تولید شده از میادین نفتی، محلول‌های ژئوترمال (زمین‌گرمایی) و حتی برخی رس‌ها (clay deposits) نیز به کار رود.

مکانیزم‌های اصلی فناوری DLE

چندین روش مختلف زیر چتر DLE قرار می‌گیرند که هر کدام بر اساس اصول شیمیایی و فیزیکی خاصی عمل می‌کنند:

جذب (Adsorption)

در این روش، محلول حاوی لیتیوم از بستری از مواد جاذب (sorbents) عبور می‌کند که به طور انتخابی یون‌های لیتیوم را به سطح خود جذب می‌کنند.

پس از اشباع جاذب از لیتیوم، آن را با یک محلول شستشو (eluent) مانند آب یا اسید رقیق شستشو می‌دهند تا لیتیوم جدا شده و به صورت کنسانتره لیتیوم به دست آید.

جاذب‌ها اغلب شامل مواد مصنوعی مانند دانه‌های سرامیکی یا مواد مبتنی بر منگنز و تیتانیوم هستند.

تبادل یونی (Ion Exchange)

این روش شامل مبادله یون‌های لیتیوم موجود در فاز مایع (محلول نمکی) با یون‌های دیگری است که بر روی یک رزین تبادل یونی جامد قرار دارند.

رزین به طور انتخابی لیتیوم را جذب کرده و یون‌های دیگر را آزاد می‌کند. سپس با تغییر شرایط (مثلاً pH یا دما)، لیتیوم از رزین جدا و بازیابی می‌شود.

استخراج با حلال (Solvent Extraction)

در این روش، محلول حاوی لیتیوم با یک فاز آلی (حاوی یک استخراج‌کننده انتخابی لیتیوم) مخلوط می‌شود.

لیتیوم به فاز آلی منتقل شده و کمپلکس‌های حاوی لیتیوم را تشکیل می‌دهد. سپس این کمپلکس‌ها از فاز آبی جدا شده و لیتیوم از فاز آلی "برهنه" (stripped) و بازیابی می‌شود. فاز آلی نیز برای استفاده مجدد بازیافت می‌شود.

فناوری‌های مبتنی بر غشاء (Membrane Technologies)

این روش‌ها از غشاهای نیمه‌تراوا (semipermeable membranes) استفاده می‌کنند که به طور انتخابی به یون‌های لیتیوم اجازه عبور می‌دهند و سایر یون‌ها و نمک‌ها را فیلتر می‌کنند.

دو نوع اصلی شامل فرآیندهای غشایی با کمک فشار (مانند اسمز معکوس) و فرآیندهای غشایی با کمک پتانسیل (مانند الکترودیالیز) هستند.

مزایای کلی DLE

کارایی بالا: نرخ بازیابی لیتیوم می‌تواند به بیش از ۹۰ درصد برسد.

کاهش زمان تولید: فرآیند به مراتب سریع‌تر از تبخیر خورشیدی است.

دوستدار محیط زیست: مصرف آب و زمین کمتر، و کاهش تولید زباله‌های جامد و انتشار کربن.

کیفیت محصول بالا: توانایی تولید کنسانتره لیتیوم با خلوص بالا که مستقیماً برای تولید باتری مناسب است.

انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری: برخی از سیستم‌های DLE می‌توانند ماژولار بوده و برای منابع مختلف محلول نمکی (از جمله آب‌های زمین‌گرمایی و آب‌های تولید شده از میادین نفتی) مقیاس‌پذیر باشند.

چالش‌ها و ملاحظات

با وجود مزایای فراوان، DLE هنوز در مراحل مختلف تجاری‌سازی با چالش‌هایی روبروست، از جمله:

هزینه‌های اولیه سرمایه‌گذاری: برخی از فناوری‌های DLE می‌توانند سرمایه‌گذاری اولیه بالایی داشته باشند.

پیچیدگی عملیاتی: برخی از سیستم‌ها نیازمند کنترل دقیق پارامترهای فرآیندی هستند.

نیاز به انرژی: بسته به روش DLE و طراحی فرآیند، ممکن است نیاز به انرژی (مانند حرارت برای احیای جاذب‌ها) وجود داشته باشد.

فناوری در حال تکامل: با اینکه برخی پروژه‌های DLE در چین و آمریکای جنوبی در حال فعالیت هستند، این فناوری همچنان در حال تکامل و بهینه‌سازی است.