Un futuro sin combustibles fósiles en el que la energía eléctrica se la principal fuente de alimentación de dispositivos, vehículos o industrias, solo es posible con acumuladores y baterías cada vez más eficientes, con mayor capacidad de carga y menor tamaño. En términos de sostenibilidad, no solo preocupa la generación limpia de esa energía almacenada, sino qué hacer con las materias primas de esas baterías reciclables, altamente contaminantes por un lado, y escasas por otro. Avances en su forma de reciclaje reducirán ambas cuestiones.
Miles de millones de baterías serán necesarias en la próxima década
La proliferación de automóviles eléctricos, teléfonos inteligentes y dispositivos portátiles está dando lugar a un aumento estimado del 25 por ciento a nivel mundial en la fabricación de baterías recargables cada año. Muchas materias primas utilizadas en las baterías, como el cobalto, pronto escasearán.
La Comisión Europea está preparando un nuevo decreto sobre baterías, que requeriría el reciclaje del 95 por ciento del cobalto de las baterías.
Sin embargo, los métodos de reciclaje de baterías existentes están lejos de ser perfectos. Por su parte, China espera generar 2.500 millones de baterías de iones de litio al final de su vida útil a partir de dispositivos electrónicos portátiles como teléfonos inteligentes y computadoras portátiles en 2020, pero muy pocas se reciclan. Aunque estas baterías se desechan, los metales que contienen siguen siendo valiosos.
Baterías que se pueden reciclar sin triturar ni derretir
Investigadores de la Universidad de Aalto han descubierto ahora que los electrodos de las baterías de litio que contienen cobalto se pueden reutilizar tal cual después de una nueva saturación de litio . En comparación con el reciclaje tradicional, que normalmente extrae metales de las baterías trituradas fundiéndolas o disolviéndolas, el nuevo proceso ahorra valiosas materias primas y probablemente también energía.
«En nuestro estudio anterior sobre cómo envejecen las baterías de óxido de cobalto y litio, notamos que una de las principales causas del deterioro de las baterías es el agotamiento del litio en el material del electrodo. No obstante, las estructuras pueden permanecer relativamente estables, por lo que queríamos ver si se pueden reutilizar ”, explica la profesora Tanja Kallio de la Universidad de Aalto.
Las baterías recargables de iones de litio tienen dos electrodos entre los que se mueven partículas cargadas eléctricamente. Se utiliza óxido de litio y cobalto en un electrodo y, en la mayoría de las baterías, el otro está hecho de carbono y cobre.
En los métodos tradicionales de reciclaje de baterías, algunas de las materias primas de las baterías se pierden y el óxido de litio y cobalto se convierte en otros compuestos de cobalto, que requieren un largo proceso de refinamiento químico para convertirlos nuevamente en material de electrodo. El nuevo método evita este laborioso proceso: al reponer el litio gastado en el electrodo a través de un proceso de electrólisis, comúnmente utilizado en la industria, el compuesto de cobalto se puede reutilizar directamente.
Electrodos extraídos de las baterías. El electrodo consta de una película de aluminio o cobre, por ejemplo, que está cubierta con una fina capa de material activo. Foto: Universidad de Aalto
Los resultados muestran que el rendimiento de los electrodos recién saturados con litio es casi tan bueno como el de los fabricados con material nuevo. Kallio cree que con un mayor desarrollo, el método también funcionaría a escala industrial.
‘Al reutilizar las estructuras de las baterías, podemos evitar gran parte del trabajo que es común en el reciclaje y, al mismo tiempo, ahorrar energía. Creemos que el método podría ayudar a las empresas que están desarrollando el reciclaje industrial ”, dice Kallio.
A continuación, los investigadores apuntan a ver si el mismo método también se podría utilizar con las baterías de níquel de los coches eléctricos.
Más información: Katja Lahtinen et al, La reutilización de electrodos de LiCoO 2 recolectados de baterías de iones de litio gastadas después de la re-litiación electroquímica del electrodo, ChemSusChem (2021). DOI: 10.1002 / cssc.202100629
Fuente: Aalto University
Materiales de las baterías de iones de litio que se pueden reciclar para su reutilización
Un equipo de investigadores, dirigido por Zhen (Jason) He en la Universidad de Washington en St. Louis, está desarrollando un método para reciclar los materiales de las baterías para reutilizar sus valiosos compuestos. Él, profesor de ingeniería energética, ambiental y química en la Escuela de Ingeniería McKelvey, y sus colegas de la Universidad Jiao Tong de Shanghai en China y del Instituto Politécnico de Virginia y la Universidad Estatal llevaron a cabo un estudio de viabilidad para la «recarga» electroquímica de baterías de iones de litio en el electrodos usados para regenerar compuestos útiles, como el óxido de litio y cobalto.
Los resultados se publicaron como artículo de portada complementario en la edición del 10 de agosto de ACS Sustainable Chemistry & Engineering .
Las baterías de iones de litio gastadas contienen metales valiosos, como litio, cobalto, níquel, cobre, aluminio y hierro, así como materiales tóxicos como hexafluorofosfato de litio y fluoruro de polivinilideno. El litio es un recurso mineral crítico con una reserva limitada, por lo que reciclar el material puede abordar la escasez y minimizar la contaminación ambiental.
La investigación es la historia de portada complementaria de la edición del 10 de agosto de ACS Sustainable Chemistry & Engineering.
«Dado que el 95% de los materiales todavía están allí y son utilizables, queríamos ver si podíamos regenerar los compuestos de óxido de cobalto de litio completos directamente en lugar de recuperar elementos individuales y luego juntarlos para que sean un compuesto útil», dijo. «Usamos un proceso de electrodeposición en el que depositamos los iones de litio en los electrodos de desecho impulsados por la electricidad que crea el campo eléctrico para absorber los iones en el electrodo.
«Podemos agregar una cantidad adicional de iones de litio en el electrodo de desecho y obtendrá una fórmula completa que le permitirá reutilizar esos materiales».
Debido a que las baterías son económicas, hay pocos incentivos para reciclar, por lo que solo se recicla alrededor del 5% de las baterías de iones de litio, dijo. Sin embargo, recuperar y reciclar elementos críticos como el litio jugará un papel clave en la sostenibilidad del uso de recursos por parte de la sociedad, continuó. Otros investigadores han probado varios métodos para reciclar los materiales, incluida la extracción de los materiales por separado mediante métodos mecánicos. Pero estos métodos requieren reactivos adicionales y pueden generar contaminantes secundarios.
Con los resultados exitosos de este estudio de viabilidad, él y el equipo planean continuar con los esfuerzos para regenerar los materiales en las baterías de iones de litio y estudiar su rentabilidad.
Más información: Lingen Zhang et al. Relithiation electroquímico para la regeneración directa de materiales de LiCoO2 a partir de electrodos de baterías de iones de litio gastados, ACS Sustainable Chemistry & Engineering (2020). DOI: 10.1021 / acssuschemeng.0c02854
Fuente: Washington University in St. Louis.
