Os nanoengenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveram um processo de reciclagem com eficiência energética que restaura os cátodos usados ​​de baterias de íon de lítio usadas e as faz funcionar como novas. O processo envolve a coleta das partículas catódicas degradadas de uma bateria usada e, em seguida, fervê-las e tratá-las com calor. Os pesquisadores construíram novas baterias usando os cátodos regenerados. Capacidade de armazenamento de carga, o tempo de carregamento e a vida útil da bateria foram restaurados aos níveis originais.

Este trabalho apresenta uma solução para uma preocupação ambiental em relação às baterias de íon de lítio:o que fazer com elas quando se desgastam. Menos de cinco por cento das baterias de íon de lítio usadas são recicladas hoje.

"Pense nos milhões de toneladas de resíduos de bateria de íon de lítio no futuro, especialmente com o surgimento de veículos elétricos, e o esgotamento de recursos preciosos como lítio e cobalto - a mineração de mais desses recursos contaminará nossa água e solo. Se pudermos colher e reutilizar materiais de baterias velhas de forma sustentável, podemos potencialmente prevenir tais danos ambientais significativos e desperdício, "disse Zheng Chen, professor de nanoengenharia na UC San Diego.

Chen, que é afiliado ao Centro de Energia e Energia Sustentável da UC San Diego, diz que este trabalho também pode abordar questões econômicas relacionadas ao desperdício de bateria. "O preço do lítio, o cobalto e o níquel aumentaram significativamente. Recuperar esses materiais caros pode reduzir os custos da bateria, " ele disse.

O novo método de reciclagem, publicado recentemente em Química verde , pode ser usado para recuperar e restaurar um material de cátodo de bateria de íon de lítio chamado óxido de cobalto de lítio, que é amplamente utilizado em dispositivos eletrônicos de consumo, incluindo smartphones e laptops. O método também funciona em NMC, um cátodo de lítio popular contendo níquel, manganês e cobalto, que é usado na maioria dos veículos elétricos.

O método envolve primeiro a coleta de partículas catódicas de baterias de íon de lítio gastas. Os pesquisadores então pressurizam as partículas catódicas em um ambiente quente, alcalino, solução contendo sal de lítio - esta solução pode ser reciclada e reutilizada para processar mais lotes. Após, as partículas passam por um curto processo de recozimento, no qual são aquecidas a 800 C e, em seguida, resfriadas muito lentamente.

Os pesquisadores fizeram novos cátodos a partir das partículas regeneradas e os testaram em baterias construídas no laboratório. Os novos cátodos mostraram a mesma capacidade de armazenamento de energia, tempo de carregamento e vida útil como os originais.

Uma coisa interessante sobre esse processo, Chen observou, é que é essencialmente o mesmo que é usado para fazer as partículas catódicas originais. "Podemos simplesmente restaurar o material degradado, submetendo-o às mesmas etapas de processamento, " ele disse.

À medida que uma bateria de íon de lítio se desgasta, o material do cátodo perde alguns de seus átomos de lítio. A estrutura atômica do cátodo também muda de tal forma que é menos capaz de mover íons para dentro e para fora. O processo de reciclagem que o grupo de Chen desenvolveu restaura a concentração de lítio do cátodo e a estrutura atômica de volta aos seus estados originais.

Geral, o processo de reciclagem usa 5,9 megajoules de energia, equivalente à energia em cerca de três quartos de uma xícara de gasolina, para restaurar um quilograma de material catódico. Vários outros processos de reciclagem de cátodo de bateria de íon de lítio que estão sendo desenvolvidos usam pelo menos o dobro dessa energia.

O objetivo é otimizar esse processo para escalas industriais. A equipe de Chen está planejando trabalhar com empresas de baterias na Ásia. Uma área particular de melhoria é a etapa de coleta de cátodo, Chen disse. Agora mesmo, as partículas devem ser retiradas manualmente do resto da bateria. Os pesquisadores estão trabalhando para simplificar essa etapa para que todo o processo seja viável industrialmente.

A equipe de Chen está refinando este processo para que possa ser usado para reciclar qualquer tipo de material de cátodo de bateria de íon de lítio, além de óxido de lítio-cobalto e NMC de lítio. “O objetivo é fazer deste um processo geral de reciclagem para todos os cátodos, "Chen disse. A equipe também está trabalhando em um processo para reciclar ânodos usados.