La mayoría de las baterías de litio actuales utilizan un metal raro y caro llamado cobalto como parte del componente catódico, pero la extracción de este material tiene un gran costo para el medio ambiente.
Una de las alternativas más ecológicas se conoce como fosfato de iones de litio, y un nuevo avance podría impulsar aún más las credenciales ecológicas de este material catódico al devolverlo a su estado original una vez gastado, utilizando sólo una fracción de la energía de los enfoques actuales.
La investigación fue llevada a cabo por nanoingenieros de la Universidad de California (UC) de San Diego, y se centra en las técnicas de reciclaje de baterías con cátodos hechos de fosfato de hierro y litio. Al eliminar los metales pesados como el níquel y el cobalto, estos tipos de pilas pueden ayudar a evitar la degradación de los paisajes y los suministros de agua donde se extraen estos materiales, así como la exposición de los trabajadores a condiciones peligrosas.
La creciente conciencia de los problemas asociados con el cobalto está impulsando un cambio en la industria, y muchos están buscando diseños alternativos de baterías, incluyendo grandes nombres como IBM y Tesla, que este año comenzaron a vender un Model 3 con baterías de litio-fosfato de hierro (LFP). Estas son más seguras, tienen una vida útil más larga y son más baratas de producir, aunque un defecto es que es caro reciclarlas una vez gastadas.
“No es rentable reciclarlas”, dice Zheng Chen, profesor de nanoingeniería en la UC San Diego. “Es el mismo dilema con los plásticos – los materiales son baratos, pero los métodos para recuperarlos no lo son.”
El avance en el reciclaje se centra en un par de mecanismos que están detrás del deterioro del rendimiento de las baterías de litio-fosfato de hierro. A medida que se van reciclando, este proceso impulsa cambios estructurales que ven cómo se crean espacios vacíos en el cátodo a medida que se pierden los iones de litio, mientras que los iones de hierro y de litio también intercambian lugares en la estructura cristalina. Esto atrapa los iones de litio y evita que pasen por la batería.
El equipo tomó células de baterías de litio-fosfato de hierro disponibles en el mercado y las agotó hasta la mitad de su capacidad de almacenamiento.
Figura 1. Imagen del cátodo de fosfato de hierro y litio (LFP) antes de la regeneración (izquierda) y después (derecha). Imagen cortesía de Panpan Xu / Joule.
Luego desmontaron las celdas y empaparon el polvo resultante en una solución con sal de litio y ácido cítrico, antes de enjuagarlo, secarlo y luego calentarlo a temperaturas de alrededor de 60 a 80 °C (140 a 176 °F). Este polvo se transformó en nuevos cátodos y se probó en baterías de celdas de monedas y bolsas, donde el equipo encontró que el rendimiento se restablecía a su estado inicial.
Esto se debe a que la técnica de reciclaje no sólo repone las reservas de iones de litio de la batería, sino que permite que los iones de litio y de hierro vuelvan a sus puntos originales en la estructura del cátodo. Esto es gracias a la adición de ácido cítrico, que alimenta los iones de hierro con electrones y reduce una carga positiva que normalmente los repele para que no vuelvan a su lugar original. El resultado de todo esto es que los iones de litio pueden ser liberados y reciclados a través de la batería una vez más.
Según el equipo, su técnica consume entre un 80 y un 90% menos de energía que los enfoques actuales para reciclar las baterías de fosfato de iones de litio, y emite alrededor de un 75% menos de gases de efecto invernadero. Si bien es un buen comienzo, el equipo dice que se necesitan más estudios para determinar la huella ambiental general de la recolección y el transporte de grandes cantidades de estas baterías.
La investigación fue publicada en la revista Joule.
Noticia tomada de: New Atlas / Traducción libre del inglés por WorldEnergyTrade.com
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