Un nuevo método de reciclaje logra cátodos superiores a los fabricados con metales vírgenes

Un equipo de investigadores del Instituto Politécnico de Worcester (WCI), en Estados Unidos, ha desarrollado un método de reciclaje de los materiales activos de las baterías de iones de litio con el que es posible fabricar cátodos con mayor rendimiento incluso que los que llevan materiales vírgenes.

El procedimiento logra que el polvo de níquel y cobalto reciclados que se agrega al cátodo esté compuesto por partículas más porosas que las de los materiales iniciales, lo que reduce el agrietamiento, una de las principales causas de degradación de las baterías, y aumenta la superficie expuesta, elevando la velocidad de recarga.

El reciclaje de baterías precisa de un sistema a gran escala, eficiente y funcional, que permita recuperar los materiales activos de las baterías que ya no pueden cumplir su misión en un vehículo eléctrico.

Sin embargo, tanto los fabricantes de baterías como los de automóviles están preocupados porque las baterías fabricadas a partir de productos reciclados puedan ser de menor calidad que las construidas a partir de minerales recién extraídos.

Un equipo de investigadores del WCI ha desarrollado un método de reciclaje consistente en la restauración del cátodo con el que afirman que se pueden crear baterías que funcionan tan bien o incluso mejor que las que cuentan con un cátodo fabricado desde cero con materiales vírgenes.

El director y autor principal del trabajo Yan Wang, profesor de ingeniería mecánica en el Instituto Politécnico de Worcester, publicó un estudio en octubre del año pasado en que concluía que las baterías de iones de litio recicladas son tan buenas, o incluso mejores, que las que se fabrican con materiales nuevos. En este nuevo artículo publicado en la revista Joule a través de Scientific American explica el nuevo método de reciclaje que han creado y que demuestra estas afirmaciones.

Generalmente, los métodos de reciclaje actuales implican desmantelar y triturar toda la batería para posteriormente fundirla o disolverla en ácido para producir una masa negra. De ella ya se pueden extraer elementos químicos o compuestos simples. A partir de ahí, los productos químicos recuperados pasan por el proceso de fabricación estándar para hacer nuevos cátodos.

El equipo del profesor Wang utiliza un proceso similar, pero mantiene intactos algunos de los componentes del cátodo. Después de triturar la batería, eliminan físicamente las partes menos valiosas, como los circuitos electrónicos y la carcasa de acero, y las reciclan por separado. La mayor parte de lo que queda son los materiales del cátodo, que se disuelven en ácido y se purifican. Posteriormente se agregan cantidades cuidadosamente calibradas de elementos nuevos como el níquel y cobalto para garantizar que la proporción de ingredientes sea óptima. El resultado final es un polvo de cátodo “renovado”, que se puede usar en una batería nueva.

Ligeros cambios en la estructura o composición de un cátodo pueden comprometer el rendimiento. Por lo tanto, gran parte del valor del polvo de cátodo está “en cómo se han diseñado las partículas de polvo en primer lugar” explicó a Scientific American la profesora Emma Kendrick de la Universidad de Birmingham (que no participó en el nuevo estudio).

Los investigadores compararon las partículas de su polvo de cátodo reciclado con las del polvo de cátodo fabricado comercialmente y descubrieron que eran más porosas. Esta particularidad redujo el agrietamiento, que es una de las principales causas de la degradación de la batería. Además, más poros también significa más superficie expuesta, lo que puede permitir una recarga más rápida.

Linda Gaines, del Laboratorio Nacional de Argonne (que tampoco participó en el nuevo estudio), aseguró a Scientific American que “el cátodo que pueden fabricar es tan bueno, o incluso mejor, que el material comercial que hemos estado importando”.

El profesor Wang cofundó una empresa llamada Ascend Elements para ampliar el nuevo proceso de reciclaje. La compañía anunció recientemente sus planes para abrir una instalación de reciclaje de baterías en Georgia a finales de este año, donde reciclará litio, cobalto y níquel.

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