Los nanoingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado un proceso de reciclaje energéticamente eficiente que restaura los cátodos usados ​​de las baterías de iones de litio gastadas y las hace funcionar como nuevas. El proceso implica recolectar las partículas de cátodo degradadas de una batería usada y luego hervirlas y tratarlas térmicamente. Los investigadores construyeron nuevas baterías utilizando los cátodos regenerados. Capacidad de almacenamiento de carga, el tiempo de carga y la vida útil de la batería se restablecieron a sus niveles originales.

Este trabajo presenta una solución a una preocupación ambiental relacionada con las baterías de iones de litio:qué hacer con ellas cuando se desgastan. En la actualidad, menos del cinco por ciento de las baterías de iones de litio usadas se reciclan.

"Piense en los millones de toneladas de residuos de baterías de iones de litio en el futuro, especialmente con el auge de los vehículos eléctricos, y el agotamiento de recursos preciosos como el litio y el cobalto; extraer más de estos recursos contaminará nuestra agua y suelo. Si podemos recolectar y reutilizar de manera sostenible materiales de baterías viejas, potencialmente podemos prevenir tales daños y desperdicios ambientales significativos, "dijo Zheng Chen, profesor de nanoingeniería en UC San Diego.

Chen, que está afiliado al Centro de Energía y Energía Sostenible en UC San Diego, dice que este trabajo también podría abordar los problemas económicos relacionados con el desperdicio de baterías. "El precio del litio, el cobalto y el níquel han aumentado significativamente. Recuperar estos costosos materiales podría reducir los costos de la batería, " él dijo.

El nuevo método de reciclaje, publicado recientemente en Química verde , se puede utilizar para recuperar y restaurar un material de cátodo de batería de iones de litio llamado óxido de cobalto de litio, que se usa ampliamente en dispositivos electrónicos de consumo, incluidos teléfonos inteligentes y computadoras portátiles. El método también funciona en NMC, un cátodo de litio popular que contiene níquel, manganeso y cobalto, que se utiliza en la mayoría de los vehículos eléctricos.

El método implica recolectar primero partículas de cátodo de baterías de iones de litio gastadas. Luego, los investigadores presurizan las partículas del cátodo en un alcalino, solución que contiene sal de litio:esta solución se puede reciclar y reutilizar para procesar más lotes. Después, las partículas pasan por un proceso de recocido corto en el que se calientan a 800 C y luego se enfrían muy lentamente.

Los investigadores hicieron nuevos cátodos a partir de las partículas regeneradas y luego los probaron en baterías construidas en el laboratorio. Los nuevos cátodos mostraron la misma capacidad de almacenamiento de energía, tiempo de carga y vida útil como los originales.

Algo interesante de este proceso, Chen señaló, es que es esencialmente el mismo que se usa para hacer las partículas catódicas originales. "Simplemente podemos restaurar el material degradado sometiéndolo a los mismos pasos de procesamiento, " él dijo.

A medida que se gasta una batería de iones de litio, el material del cátodo pierde algunos de sus átomos de litio. La estructura atómica del cátodo también cambia de tal manera que es menos capaz de mover iones hacia adentro y hacia afuera. El proceso de reciclaje que desarrolló el grupo de Chen restaura tanto la concentración de litio del cátodo como la estructura atómica a sus estados originales.

En general, el proceso de reciclaje utiliza 5,9 megajulios de energía, equivalente a la energía en aproximadamente tres cuartos de taza de gasolina, para restaurar un kilogramo de material de cátodo. Varios otros procesos de reciclaje de cátodos de baterías de iones de litio que se están desarrollando utilizan al menos el doble de esa energía.

El objetivo es optimizar este proceso para escalas industriales. El equipo de Chen planea trabajar con compañías de baterías en Asia. Un área particular de mejora es el paso de recolección de cátodos, Chen dijo. Ahora, las partículas deben extraerse manualmente del resto de la batería. Los investigadores están trabajando para simplificar este paso para que todo el proceso sea industrialmente viable.

El equipo de Chen está refinando este proceso para que pueda usarse para reciclar cualquier tipo de material de cátodo de batería de iones de litio, además de óxido de cobalto de litio y NMC de litio. "El objetivo es hacer de este un proceso de reciclaje general para todos los cátodos, Chen dijo. El equipo también está trabajando en un proceso para reciclar ánodos usados.