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Las baterías de iones de litio usadas de teléfonos móviles, portátiles y un número creciente de vehículos eléctricos se acumulan, pero las opciones de reciclaje aún se limitan en gran medida a la incineración o la disolución química de las baterías defectuosas. Los métodos actuales pueden generar problemas ambientales y son difíciles de producir de forma económica a escala industrial.
Los procesos tradicionales reciclan algunos materiales de las baterías y utilizan álcalis cáusticos, ácidos inorgánicos y productos químicos peligrosos que pueden introducir impurezas. La extracción de metales críticos también requiere una separación y precipitación complejas. Sin embargo, el reciclaje de metales como el cobalto y el litio puede reducir la contaminación, la dependencia de fuentes extranjeras y la congestión en las cadenas de suministro.
Investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía de EE. UU. han perfeccionado un método para disolver baterías en una solución líquida y reducir la cantidad de sustancias químicas peligrosas utilizadas en el proceso. Su investigación se publicó en la revista Energy Storage Materials.
La solución simple, efectiva y respetuosa con el medio ambiente desarrollada por los investigadores de ORNL supera los principales obstáculos encontrados con los métodos anteriores.
Las baterías usadas se sumergen en una solución de ácido cítrico orgánico (presente de forma natural en los cítricos) disuelto en etilenglicol, un anticongelante comúnmente utilizado en productos de consumo como pinturas y cosméticos. El ácido cítrico proviene de fuentes sostenibles y es más seguro de manipular que los ácidos inorgánicos. Esta solución ecológica proporciona un proceso extremadamente eficiente para separar y reciclar los metales en el electrodo de carga positiva de la batería, llamado cátodo.
“Debido a que el cátodo contiene materiales críticos, es la parte más costosa de cualquier batería, representando más del 30% de su costo”, afirmó Yaokai Bai, miembro del grupo de investigación de baterías del ORNL. “Nuestro enfoque podría reducir los costos de las baterías con el tiempo”. El estudio se realizó en las instalaciones de fabricación de baterías del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, la mayor instalación de investigación y desarrollo de baterías a cielo abierto de Estados Unidos.
La tecnología de procesamiento desarrollada allí permite lixiviar casi el 100 % del cobalto y el litio del cátodo sin introducir impurezas en el sistema. También es capaz de separar eficazmente las soluciones metálicas de otros residuos. Lo mejor de todo es que su función secundaria es recuperar más del 96 % del cobalto en pocas horas sin añadir productos químicos adicionales, lo que suele ser un proceso manual complejo para equilibrar los niveles de acidez.
“Esta es la primera vez que un solo sistema de solución cubre las funciones de lixiviación y procesamiento”, afirmó el investigador principal, Lu Yu. “Fue interesante descubrir que el cobalto precipitó y sedimentó sin mayores perturbaciones. No esperábamos esto”.
Eliminar la necesidad de productos químicos adicionales reduce costos y evita la generación de subproductos o residuos secundarios. «Nos entusiasma que este proceso de reciclaje desarrollado por nuestros científicos pueda allanar el camino para un reciclaje más amplio de materiales críticos para baterías», afirmó Ilyas Belharouaq, investigador corporativo y director de la División de Electrificación del Laboratorio Nacional de Oak Ridge.
Bai dijo que las propiedades de lixiviación del ácido cítrico y el etilenglicol se habían estudiado antes, pero este método utilizaba más ácido y temperaturas más bajas y era menos efectivo.
“Nos sorprendió la rapidez con la que se desprendió de la solución”, dijo Bai. “Con los ácidos orgánicos suele tardar entre 10 y 12 horas, pero este solo tardó una hora”. Las soluciones tradicionales que utilizan ácidos inorgánicos también son más lentas porque contienen agua, cuyo punto de ebullición limita la temperatura de reacción.
Más información: Lu Yu et al., Separación eficiente y coprecipitación para el reciclaje simplificado de cátodos, Materiales de Almacenamiento de Energía (2023). DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103025
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