Reciclaje de cátodos de pilas en un solo paso
El resultado es mucho más asequible, menos perjudicial para el medio ambiente y menos peligroso para la salud que cualquier otro método de reciclado utilizado en la actualidad
Anuncios
Un nuevo método de reciclado de baterías desarrollado por los ingenieros de Illinois Grainger elimina los metales escasos y caros de los cátodos de las baterías viejas y los recubre sobre cátodos nuevos en un solo paso. El resultado es mucho más asequible, menos perjudicial para el medio ambiente y menos peligroso para la salud que cualquier otro método de reciclado utilizado en la actualidad.
Esquema del método de reciclado de cátodos de baterías de un solo paso. Se coloca un electrodo viejo en un baño regenerador. Un proceso electroquímico disuelve los metales valiosos y los recubre en un nuevo electrodo en un solo paso.
The Grainger College of Engineering at the University of Illinois Urbana-Champaign
Los cátodos de las pilas -la parte positiva de la pila que ayuda a almacenar la energía eléctrica- suelen necesitar metales raros y caros, como el cobalto. Por eso es crucial desarrollar medios eficaces de reciclado de cátodos que recuperen los metales esenciales para su funcionamiento.
Investigadores de la Facultad de Ingeniería Grainger de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign han inventado un proceso de una sola etapa para extraer simultáneamente los metales de los cátodos viejos y crear cátodos nuevos. Centrándose en el óxido de litio y cobalto, el material catódico más utilizado en baterías de teléfonos y ordenadores portátiles, los investigadores demostraron que con un solo proceso electroquímico se puede disolver el material de un terminal gastado y depositarlo en uno nuevo. Según se publica en la revista Advanced Functional Materials, el nuevo proceso es una octava parte más costoso y más de un 50% menos impactante que los procesos de reciclado habituales.
"El hecho de que nuestro proceso sea de un solo paso marca la diferencia, porque las necesidades de material son menos de la mitad que las de otros procesos de reciclado", afirma Jarom Sederholm, estudiante de posgrado de ingeniería química y biomolecular de Illinois Grainger Engineering y autor principal del estudio. "Hemos colaborado con colegas del Departamento de Ingeniería Industrial y de Sistemas Empresariales para analizar tanto el coste como el impacto medioambiental de realizar este proceso a escala. En todos los factores considerados, nuestro proceso es mejor".
Paul Braun, profesor de ciencia e ingeniería de materiales de Illinois Grainger Engineering y director del proyecto, afirma: "Los métodos actuales de reciclado de cátodos de baterías implican demasiados pasos. Los cátodos deben descomponerse, separarse y purificarse, reformarse mediante reacciones químicas y, a continuación, recubrirse sobre nuevos componentes de la batería. Los procesos requieren considerables insumos energéticos y químicos, lo que aumenta el coste, el potencial de daño ambiental y los riesgos para la salud humana."
Sederholm recuerda que la idea del nuevo proceso surgió de una hipotética discusión con Braun.
"Nuestro grupo de investigación trabaja mucho con la electrodeposición -un mecanismo por el que se utiliza la carga eléctrica para estratificar un material sobre un sustrato- y cuenta con una importante infraestructura de investigación", explica Sederholm. "Un día se nos ocurrió una idea: si la electrodeposición es posible, lo contrario también debería serlo. También debería ser posible utilizar la electricidad para disolver un revestimiento. Así que fui al laboratorio, lo preparé todo con la solución y los voltajes adecuados, y el recubrimiento de óxido de cobalto y litio de un cátodo se desprendió enseguida".
Como el metal necesario ya estaba disuelto en la solución del proceso de decapado, el siguiente paso lógico era introducir un nuevo cátodo en la solución y recubrirlo por electrodeposición. Todo el proceso de reciclado -la recuperación de los metales valiosos y su reutilización en un nuevo producto- se lleva a cabo en una sola etapa y una sola reacción en un único baño químico.
Para evaluar el coste total y el impacto del nuevo método de estado único, los investigadores recurrieron a sus colegas del Departamento de Ingeniería Industrial y de Sistemas Empresariales de Illinois Grainger Engineering: el estudiante de posgrado Zheng Liu y el profesor Pingfeng Wang. Determinaron que el nuevo método supera a todas las técnicas actualmente en uso en cuatro métricas: eficiencia económica, impacto ambiental, impacto sobre los recursos y riesgo para la salud humana.
El estudio se centró en los cátodos de óxido de litio y cobalto por su prevalencia en la electrónica de consumo, pero Sederholm planea ampliar estos resultados a otras químicas de cátodos.
"Hay muchas tecnologías de baterías basadas en óxidos de níquel y manganeso, y tendrían requisitos distintos para que esto funcionara", dijo. "Además, tanto el cátodo como el ánodo pueden contener aditivos aglutinantes, como el fluoruro de polivinilideno (PVDF), que pueden ser nocivos si se liberan en el medio ambiente. Queremos ver si podemos mitigar la cantidad liberada e incluso recuperar otros aditivos para reutilizarlos."
Sederholm, Braun y la investigadora postdoctoral asociada en ciencia e ingeniería de materiales de Illinois Grainger Engineering Arghya Patra han solicitado una patente internacional sobre la tecnología derivada de este estudio.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
