Pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego aprimoraram seu processo de reciclagem que regenera catodos degradados de baterias de íon de lítio usadas. O novo processo é mais seguro e usa menos energia do que o método anterior para restaurar os cátodos à sua capacidade original e desempenho do ciclo.

Zheng Chen, professor de nanoengenharia afiliado ao Sustainable Power and Energy Center da UC San Diego, liderou o projeto. O trabalho foi publicado em Materiais de energia avançados .

"Devido ao rápido crescimento dos mercados de veículos elétricos, a capacidade de fabricação mundial de baterias de íon-lítio deve chegar a centenas de gigawatts-hora por ano nos próximos cinco anos, "Chen disse." Este trabalho apresenta uma solução para recuperar os valores das baterias de íon-lítio em fim de vida após 5 a 10 anos de operação. "

A equipe de Chen desenvolveu anteriormente uma abordagem de reciclagem direta para reciclar e regenerar cátodos degradados. Ele repõe os íons de lítio que os cátodos perdem com o uso prolongado e restaura suas estruturas atômicas de volta aos seus estados originais. Contudo, esse processo envolve a pressurização de uma solução quente de sal de lítio de partículas catódicas para cerca de 10 atmosferas. O problema é que esta etapa de pressurização aumenta os custos e requer precauções de segurança extras e equipamentos especiais, disse Chen.

Portanto, a equipe desenvolveu um processo mais suave para fazer o mesmo trabalho à pressão ambiente (1 atmosfera). O segredo era usar sais eutéticos de lítio - uma mistura de dois ou mais sais que derrete a temperaturas muito mais baixas do que qualquer um de seus componentes. Esta combinação de sais de lítio sólidos produz um líquido sem solvente que os pesquisadores podem usar para dissolver materiais catódicos degradados e restaurar os íons de lítio sem adicionar qualquer pressão extra nos reatores.

O novo método de reciclagem envolve a coleta de partículas catódicas de baterias de íon de lítio usadas e, em seguida, misturá-las com uma solução eutética de sal de lítio. A mistura é então tratada termicamente em duas etapas:é primeiro aquecida a 300 C, em seguida, ele passa por um curto processo de recozimento no qual é aquecido a 850 C por várias horas e, em seguida, resfriado naturalmente.

Os pesquisadores usaram o método para regenerar NMC (LiNi _0,5 Mn _0,3 Co _0,2 ), um cátodo popular contendo níquel, manganês e cobalto, que é usado em muitos dos veículos elétricos de hoje.

“Fizemos novos cátodos a partir das partículas regeneradas e depois os testamos em baterias construídas no laboratório. Os cátodos regenerados mostraram a mesma capacidade e desempenho de ciclo que os originais, "disse Yang Shi, o primeiro autor que realizou este trabalho como pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Chen na UC San Diego.

"Em uma bateria de íon de lítio no fim da vida útil, o material do cátodo perde parte de seu lítio. A estrutura cristalina do cátodo também muda, tornando-se menos capaz de mover íons para dentro e para fora. O processo de reciclagem que desenvolvemos restaura a concentração de lítio do cátodo e a estrutura do cristal de volta aos seus estados originais, "Shi disse.

A equipe está ajustando esse processo para que possa ser usado para reciclar qualquer tipo de material catódico usado em baterias de íon de lítio e íon de sódio.

“O objetivo é tornar esse processo de reciclagem universal para todos os materiais catódicos, "Chen disse. A equipe também está trabalhando em um processo para reciclar ânodos degradados, como grafite, bem como outros materiais.

Chen também está colaborando com a professora de nanoengenharia da UC San Diego, Shirley Meng, que é o diretor do Centro de Energia e Energia Sustentável, para identificar mudanças sutis na microestrutura catódica e composição local usando ferramentas de imagem microscópica de alta resolução.