Uma das dificuldades da reciclagem é que o custo do próprio material é baixo e o processo de reciclagem não é barato. Uma nova tecnologia espera impulsionar a reciclagem de baterias de lítio, reduzindo ainda mais os custos e usando ingredientes ecológicos.

Uma nova técnica de tratamento pode devolver o material catódico usado ao seu estado original, reduzindo ainda mais os custos de reciclagem. Desenvolvida por nanoengenheiros da Universidade da Califórnia, em San Diego, a tecnologia é mais ecológica do que os métodos usados ​​atualmente. Ele usa matérias-primas mais verdes, reduz o consumo de energia em 80 a 90 por cento e reduz as emissões de gases de efeito estufa em 75 por cento.

Os pesquisadores detalham seu trabalho em um artigo publicado em 12 de novembro na revista Joule.

Esta técnica é especialmente ideal para cátodos feitos de fosfato de ferro e lítio (LFP). As baterias de cátodo LFP são mais baratas do que outras baterias de lítio porque não usam metais preciosos como cobalto ou níquel. As baterias LFP também são mais duráveis ​​e seguras. Eles são amplamente utilizados em ferramentas elétricas, ônibus elétricos e redes elétricas. O Tesla Model 3 também usa baterias LFP.

“Considerando essas vantagens, as baterias LFP terão uma vantagem competitiva sobre outras baterias de lítio no mercado”, disse Zheng Chen, professor de nanoengenharia da Universidade da Califórnia, em San Diego.

Há algum problema? “Não é rentável reciclar essas baterias.” “Ele enfrenta o mesmo dilema que o plástico – o material em si é barato, mas a maneira de reciclá-lo não é barata”, disse Chen.

Novas tecnologias de reciclagem desenvolvidas por Chen e sua equipe podem reduzir esses custos. A tecnologia funciona em baixas temperaturas (60 a 80 graus Celsius) e pressão ambiente, por isso consome menos eletricidade do que outros métodos. Além disso, os produtos químicos usados, como lítio, nitrogênio, água e ácido cítrico, são baratos e leves.

“Todo o processo de reciclagem é realizado em condições muito seguras, por isso não precisamos de medidas especiais de segurança ou equipamentos especiais”, disse Pan Xu, principal autor do estudo e pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Chen. É por isso que nossos custos de reciclagem de baterias são baixos. ”

Primeiro, os pesquisadores reciclaram as baterias LFP até perderem metade de sua capacidade de armazenamento. Eles então desmontaram a bateria, coletaram seu pó catódico e a mergulharam em uma solução de sais de lítio e ácido cítrico. Em seguida, eles lavaram a solução com água e deixaram o pó secar antes de aquecê-lo.

Os pesquisadores usaram o pó para fazer novos cátodos, que foram testados em células Button e células de bolsa. Seu desempenho eletroquímico, composição química e estrutura são completamente restaurados ao estado original.

À medida que a bateria continua a ser reciclada, o cátodo sofre duas importantes mudanças estruturais que reduzem seu desempenho. A primeira é a perda de íons de lítio, que formam vazios na estrutura do cátodo. Em segundo lugar, outra mudança estrutural ocorreu quando os íons de ferro e lítio na estrutura cristalina trocaram de lugar. Quando isso acontece, os íons não podem voltar facilmente, então os íons de lítio ficam presos e não podem percorrer a bateria.

O método de tratamento proposto neste estudo primeiramente reabastece os íons de lítio, de modo que os íons de ferro e os íons de lítio possam ser facilmente recolocados em suas posições originais, restaurando assim a estrutura do cátodo. O segundo passo é usar o ácido cítrico, que atua como agente redutor para doar elétrons para outra substância. Ele transfere elétrons para os íons de ferro, reduzindo sua carga positiva. Isso minimiza a repulsão eletrônica e evita que os íons de ferro retornem às suas posições originais na estrutura cristalina, enquanto liberam os íons de lítio de volta ao ciclo.

Embora o consumo geral de energia do processo de reciclagem seja baixo, os pesquisadores dizem que são necessárias mais pesquisas sobre a logística de coleta, transporte e descarte de grandes quantidades de baterias.

“O próximo desafio é descobrir como otimizar esses processos logísticos.” “Isso aproximará nossa tecnologia de reciclagem da aplicação industrial”, disse Chen.