Investigadores de UCSD diseñan un proceso de reciclaje de baterías de iones de litio de bajo costo

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Las baterías de fosfato de hierro y litio (LFP) no tienen la densidad de energía más alta, pero cuestan menos que otras baterías de litio y tienen menos problemas de fuga térmica. En otras palabras, tienden a no incendiarse ni explotar como lo hacen algunas baterías de iones de litio. A principios de este año, BYD presentó su batería Blade LFP, que puede perforarse, caerse, romperse, sobrecargarse o sobrecalentarse sin volverse inestable térmicamente. Los sedán Tesla Model 3 fabricados en China ahora cuentan con paquetes de baterías LFP. LFP no es el pináculo de la tecnología de baterías, pero puede ser justo lo que la revolución de los vehículos eléctricos necesita para llevar al mercado autos eléctricos de menor precio.

Una parte de esa revolución que debe abordarse es qué hacer con las baterías viejas que ya no pueden alimentar a los vehículos eléctricos. Los expertos predicen que solo China generará unas 500.000 toneladas métricas de baterías de iones de litio usadas este año. Para 2030, la cifra mundial podría llegar a 2 millones de toneladas métricas por año y eso puede ser bajo a medida que las naciones comiencen a adoptar políticas que impulsarán el cambio a vehículos eléctricos más rápido. El problema es que, en la actualidad, el reciclaje es un proceso caro y que consume mucha energía.

Investigadores de la Escuela de Ingeniería Jacobs de la Universidad de California en San Diego publicaron un papel en julios recientemente que describe un nuevo proceso de reciclaje para cátodos LFP que utiliza ingredientes ecológicos, consume entre un 80 y un 90% menos de energía y emite aproximadamente un 75% menos de gases de efecto invernadero.

Las baterías fabricadas con cátodos LFP son menos costosas que otras baterías de iones de litio porque no utilizan metales costosos como el cobalto o el níquel. El problema, según Zheng Chen, profesor de nanoingeniería en UC San Diego, es “No es rentable reciclarlos. Es el mismo dilema con los plásticos: los materiales son baratos, pero los métodos para recuperarlos no lo son “.

El nuevo proceso de reciclaje que Chen y su equipo desarrollaron funciona a bajas temperaturas de entre 60 y 80 grados centígrados y a presiones ambientales. Eso hace que tenga menos consumo de energía que otros métodos y los productos químicos que utiliza (sal de litio, nitrógeno, agua y ácido cítrico) son económicos y no dañinos para el medio ambiente. “Todo el proceso de regeneración funciona en condiciones muy seguras, por lo que no necesitamos precauciones de seguridad especiales ni equipos especiales. Es por eso que podemos hacer que este costo sea tan bajo para reciclar baterías ”, dijo el primer autor Panpan Xu, investigador postdoctoral en el laboratorio de Chen.

Los investigadores primero hicieron un ciclo de células LFP comerciales hasta que perdieron la mitad de su capacidad de almacenamiento de energía. Luego desarmaron las celdas, recolectaron los polvos de cátodo y los empaparon en una solución que contenía sal de litio y ácido cítrico. Después de lavarlos con agua, los polvos se secaron y luego se calentaron. Los investigadores hicieron nuevos cátodos a partir de los polvos y los probaron tanto en pilas tipo moneda como en bolsas. Su rendimiento electroquímico, composición química y estructura fueron completamente restaurados a sus estados originales.

Poderes restauradores

En uso, el cátodo sufre dos cambios estructurales principales durante ciclos repetidos de carga / descarga que conducen a una disminución en el rendimiento. La primera es la pérdida de iones de litio que crea sitios vacíos llamados vacantes en la estructura del cátodo. El otro ocurre cuando los iones de hierro y litio cambian puntos en la estructura cristalina. Cuando esto sucede, no pueden volver a cambiar fácilmente, por lo que los iones de litio quedan atrapados y ya no pueden pasar por la batería.

El proceso desarrollado por los investigadores restaura la estructura del cátodo al reponer los iones de litio y facilita que los iones de hierro y litio vuelvan a sus lugares originales. Ese cambio tiene lugar cuando se introduce ácido cítrico en el proceso. El ácido cítrico actúa como un agente reductor, una sustancia que dona un electrón a otra sustancia. El ácido cítrico transfiere electrones a los iones de hierro, haciéndolos menos cargados positivamente. Eso, a su vez, minimiza las fuerzas de repulsión electrónica que evitan que los iones de hierro regresen a sus puntos originales en la estructura cristalina. También devuelve los iones de litio a la circulación.

Si bien los costos generales de energía de este proceso de reciclaje son más bajos, los investigadores dicen que se necesitan más estudios sobre la logística de recolección, transporte y manipulación de grandes cantidades de baterías. “Descubrir cómo optimizar esta logística es el próximo desafío”, dijo Chen. “Y eso acercará este proceso de reciclaje a la adopción de la industria”.

El Take Away

Con neumáticos y baterías viejos, la gente solía arrojarlos al bosque y dejar que la naturaleza siguiera su curso. Si hiciéramos algo similar con las baterías de tracción viejas, crearíamos un desastre ambiental de proporciones épicas. No solo eso, estaríamos tirando muchas de las materias primas que necesitamos para fabricar baterías nuevas, lo cual sería bastante tonto de nuestra parte. Pero a menos que el reciclaje sea rentable, eso es exactamente lo que sucederá. La buena noticia del equipo de UCSD es que el costo de reciclar ciertos tipos de baterías está disminuyendo, mientras que las preocupaciones ambientales del proceso también disminuyen. Esa es una dosis doble de buenas noticias en un momento en que las buenas nuevas son escasas.

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Ahora, nos vemos en la próxima noticia. ¡Nos vemos!

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