Una de las dificultades del reciclaje es que el costo del material en sí es bajo y el proceso de reciclaje no es barato. Una nueva tecnología espera impulsar el reciclaje de baterías de litio reduciendo aún más los costos y utilizando ingredientes ecológicos.

Una nueva técnica de tratamiento puede devolver el material del cátodo usado a su estado original, lo que reduce aún más los costos de reciclaje. Desarrollada por nanoingenieros de la Universidad de California en San Diego, la tecnología es más respetuosa con el medio ambiente que los métodos utilizados actualmente. Utiliza materias primas más ecológicas, reduce el consumo de energía entre un 80 y un 90 % y reduce las emisiones de gases de efecto invernadero en un 75 %.

Los investigadores detallan su trabajo en un artículo publicado el 12 de noviembre en Joule.

Esta técnica es especialmente ideal para cátodos hechos de fosfato de hierro y litio (LFP). Las baterías de cátodo LFP son más económicas que otras baterías de litio porque no utilizan metales preciosos como el cobalto o el níquel. Las baterías LFP también son más duraderas y seguras. Son ampliamente utilizados en herramientas eléctricas, autobuses eléctricos y redes eléctricas. El Tesla Model 3 también usa baterías LFP.

“Teniendo en cuenta estas ventajas, las baterías LFP tendrán una ventaja competitiva sobre otras baterías de litio en el mercado”, dijo Zheng Chen, profesor de nanoingeniería en la Universidad de California en San Diego.

¿Hay algún problema? “No es rentable reciclar estas baterías”. “Se enfrenta al mismo dilema que los plásticos: el material en sí es barato, pero la forma de reciclarlo no es barata”, dijo Chen.

Las nuevas tecnologías de reciclaje desarrolladas por Chen y su equipo podrían reducir estos costos. La tecnología funciona a bajas temperaturas (60 a 80 grados centígrados) y presión ambiental, por lo que consume menos electricidad que otros métodos. Además, los productos químicos que utiliza, como litio, nitrógeno, agua y ácido cítrico, son baratos y suaves.

“Todo el proceso de reciclaje se lleva a cabo en condiciones muy seguras, por lo que no necesitamos ninguna medida de seguridad especial ni equipo especial”, dijo Pan Xu, autor principal del estudio e investigador postdoctoral en el laboratorio de Chen. Es por eso que nuestros costos de reciclaje de baterías son bajos. ”

Primero, los investigadores reciclaron las baterías LFP hasta que perdieron la mitad de su capacidad de almacenamiento. Luego desmontaron la batería, recogieron el polvo del cátodo y la empaparon en una solución de sales de litio y ácido cítrico. Luego, lavaron la solución con agua y dejaron que el polvo se secara antes de calentarlo.

Los investigadores utilizaron el polvo para fabricar nuevos cátodos, que se probaron en células de botón y células de bolsa. Su rendimiento electroquímico, composición química y estructura se restauran completamente al estado original.

A medida que la batería continúa reciclándose, el cátodo sufre dos cambios estructurales importantes que reducen su rendimiento. El primero es la pérdida de iones de litio, que forman vacíos en la estructura del cátodo. En segundo lugar, se produjo otro cambio estructural cuando los iones de hierro y litio en la estructura cristalina intercambiaron lugares. Una vez que eso sucede, los iones no pueden volver a cambiar fácilmente, por lo que los iones de litio se atascan y no pueden circular por la batería.

El método de tratamiento propuesto en este estudio, en primer lugar, repone los iones de litio, de modo que los iones de hierro y los iones de litio se pueden cambiar fácilmente a sus posiciones originales, restaurando así la estructura del cátodo. El segundo paso es utilizar ácido cítrico, que actúa como agente reductor para donar electrones a otra sustancia. Transfiere electrones a los iones de hierro, reduciendo su carga positiva. Esto minimiza la repulsión de electrones y evita que los iones de hierro regresen a sus posiciones originales en la estructura cristalina, mientras libera iones de litio nuevamente en el ciclo.

Si bien el consumo total de energía del proceso de reciclaje es bajo, los investigadores dicen que se necesita más investigación sobre la logística de recolección, transporte y eliminación de grandes cantidades de baterías.

“El próximo desafío es descubrir cómo optimizar estos procesos logísticos”. “Esto hará que nuestra tecnología de reciclaje se acerque un paso más a la aplicación industrial”, dijo Chen.