Investigadores de la Universidad de California en San Diego han mejorado su proceso de reciclaje que regenera cátodos degradados de baterías de iones de litio gastadas. El nuevo proceso es más seguro y utiliza menos energía que su método anterior para restaurar los cátodos a su capacidad original y rendimiento de ciclo.

Zheng Chen, un profesor de nanoingeniería que está afiliado al Centro de Energía y Energía Sostenible en UC San Diego, lideró el proyecto. El trabajo fue publicado en Materiales energéticos avanzados .

"Debido al rápido crecimiento de los mercados de vehículos eléctricos, Se espera que la capacidad de fabricación mundial de baterías de iones de litio alcance cientos de gigavatios hora por año en los próximos cinco años. ", Dijo Chen." Este trabajo presenta una solución para recuperar los valores de las baterías de iones de litio al final de su vida útil después de 5 a 10 años de funcionamiento ".

El equipo de Chen desarrolló previamente un enfoque de reciclaje directo para reciclar y regenerar cátodos degradados. Repone los iones de litio que los cátodos pierden con el uso prolongado y restaura sus estructuras atómicas a sus estados originales. Sin embargo, ese proceso implica presurizar una solución de sal de litio caliente de partículas de cátodo a alrededor de 10 atmósferas. El problema es que este paso de presurización aumenta los costos y requiere precauciones de seguridad adicionales y equipo especial. dijo Chen.

Entonces, el equipo desarrolló un proceso más suave para hacer el mismo trabajo a presión ambiente (1 atmósfera). La clave fue usar sales de litio eutécticas, una mezcla de dos o más sales que se funde a temperaturas mucho más bajas que cualquiera de sus componentes. Esta combinación de sales sólidas de litio produce un líquido libre de solventes que los investigadores pueden usar para disolver materiales de cátodos degradados y restaurar los iones de litio sin agregar presión adicional en los reactores.

El nuevo método de reciclaje implica recolectar partículas de cátodo de baterías de iones de litio gastadas y luego mezclarlas con una solución de sal de litio eutéctica. Luego, la mezcla se trata térmicamente en dos pasos:primero se calienta a 300 C, luego pasa por un proceso de recocido corto en el que se calienta a 850 C durante varias horas y luego se enfría de forma natural.

Los investigadores utilizaron el método para regenerar NMC (LiNi _0,5 Minnesota _0,3 Co _0,2 ), un cátodo popular que contiene níquel, manganeso y cobalto, que se utiliza en muchos de los vehículos eléctricos actuales.

"Hicimos nuevos cátodos a partir de las partículas regeneradas y luego los probamos en baterías construidas en el laboratorio. Los cátodos regenerados mostraron la misma capacidad y rendimiento de ciclo que los originales, "dijo Yang Shi, el primer autor que realizó este trabajo como investigador postdoctoral en el laboratorio de Chen en UC San Diego.

"En una batería de iones de litio al final de su vida útil, el material del cátodo pierde algo de su litio. La estructura cristalina del cátodo también cambia de tal manera que es menos capaz de mover iones hacia adentro y hacia afuera. El proceso de reciclaje que desarrollamos restaura tanto la concentración de litio del cátodo como la estructura cristalina a sus estados originales, "Dijo Shi.

El equipo está ajustando este proceso para que se pueda utilizar para reciclar cualquier tipo de material de cátodo utilizado en baterías de iones de litio y de iones de sodio.

"El objetivo es hacer de este un proceso de reciclaje universal para todos los materiales de cátodos, ", Dijo Chen. El equipo también está trabajando en un proceso para reciclar ánodos degradados, como el grafito y otros materiales.

Chen también está colaborando con la profesora de nanoingeniería de UC San Diego Shirley Meng, quien es el director del Centro de Energía y Energía Sostenible, para identificar cambios sutiles en la microestructura del cátodo y la composición local utilizando herramientas de imágenes microscópicas de alta resolución.