Os pesquisadores da Rice University têm literalmente uma solução para lidar com o excesso de baterias de íon-lítio usadas, deixadas para trás pela demanda cada vez maior por veículos elétricos, telefones celulares e outros dispositivos eletrônicos.

O cientista do laboratório de materiais do Rice, Pulickel Ajayan, usou um solvente eutético profundo ecologicamente correto para extrair elementos valiosos dos óxidos de metal comumente usados ​​como cátodos em baterias de íon-lítio. O objetivo, pesquisadores disseram, é reduzir o uso de processos severos para reciclar baterias e mantê-las fora dos aterros.

O solvente, feito de produtos de commodities cloreto de colina e etilenoglicol, extraiu mais de 90 por cento do cobalto de compostos em pó, e uma quantidade menor, mas ainda significativa, de baterias usadas.

"Resíduos de bateria recarregável, particularmente de baterias de íon-lítio, se tornará um desafio ambiental cada vez mais ameaçador no futuro, à medida que a demanda por eles por meio de seu uso em veículos elétricos e outros aparelhos aumenta dramaticamente, "Ajayan disse.

"É importante recuperar metais estratégicos como o cobalto, que têm fornecimento limitado e são essenciais para o desempenho desses dispositivos de armazenamento de energia, "Ele disse." Algo a aprender com nossa situação atual com os plásticos é que é o momento certo para ter uma estratégia abrangente para reciclar o volume crescente de resíduos de bateria. "

Os resultados aparecem em Nature Energy .

"Isso já foi tentado antes com ácidos, "disse o estudante de pós-graduação de Rice e autor principal Kimmai Tran." Eles são eficazes, mas eles são corrosivos e não são ecológicos. Como um todo, reciclar baterias de íon-lítio normalmente é caro e um risco para os trabalhadores. "

Outros processos também têm desvantagens, ela disse. A pirometalurgia envolve trituração e mistura em temperaturas extremas, e os vapores prejudiciais precisam ser esfregados. A hidrometalurgia requer produtos químicos cáusticos, enquanto outros solventes "verdes" que extraem íons metálicos geralmente requerem agentes adicionais ou processos de alta temperatura para capturá-los totalmente.

"O bom desse solvente eutético profundo é que ele pode dissolver uma grande variedade de óxidos de metal, "Tran disse." É literalmente feito de um aditivo de ração para frango e um precursor de plástico comum que, quando misturados em temperatura ambiente, formar um claro, solução relativamente não tóxica que tem propriedades de solvatação eficazes. "

Um solvente eutético profundo é uma mistura de dois ou mais compostos que congela a temperaturas muito mais baixas do que cada um de seus precursores. Dessa forma, ela disse, pode-se obter literalmente um líquido a partir de uma simples combinação de sólidos.

"A grande depressão dos pontos de congelamento e fusão se deve às ligações de hidrogênio formadas entre os diferentes produtos químicos, "Tran disse." Ao selecionar os precursores certos, solventes 'verdes' baratos com propriedades interessantes podem ser fabricados. "

Quando Tran entrou, o grupo Rice já estava testando uma solução eutética como eletrólito em supercapacitores de alta temperatura de última geração.

"Tentamos usá-lo em supercapacitores de óxido de metal, e estava dissolvendo-os, "disse o cientista pesquisador de Rice e co-autor Babu Ganguli." A cor da solução mudaria. "

A eutética estava puxando íons do níquel do supercapacitor.

"Nossa equipe estava discutindo isso e logo percebemos que poderíamos usar o que pensávamos ser uma desvantagem para o eletrólito como uma vantagem para dissolver e reciclar baterias de lítio usadas, "Ganguli disse.

Esse se tornou o foco de Tran, enquanto ela testava solventes eutéticos profundos em óxidos de metal em diferentes temperaturas e escalas de tempo. Durante os testes com pó de óxido de lítio-cobalto, o solvente transparente rendeu um amplo espectro de cores azul-esverdeadas que indicavam a presença de cobalto dissolvido dentro.

A 180 graus Celsius (356 graus Fahrenheit), o solvente extraiu quase 90 por cento dos íons de lítio, e até 99 por cento de íons de cobalto do pó quando certas condições foram satisfeitas.

Os pesquisadores construíram pequenas baterias de protótipo e as ciclaram 300 vezes antes de expor os eletrodos às mesmas condições. O solvente provou ser capaz de dissolver o cobalto e o lítio enquanto separava os óxidos de metal dos outros compostos presentes no eletrodo.

Eles descobriram que o cobalto poderia ser recuperado da solução eutética por meio de precipitação ou mesmo galvanização em uma malha de aço, visto que este último método permitiu potencialmente que o próprio solvente eutético profundo fosse reutilizado.

"Focamos no cobalto, "disse o ex-aluno da Rice, Marco Rodrigues, agora é pesquisador de pós-doutorado no Laboratório Nacional de Argonne. "Do ponto de vista dos recursos, é a parte mais crítica. A bateria do seu telefone certamente terá bastante carga. O lítio também é muito valioso, mas o cobalto em particular não é apenas ambientalmente escasso, mas também, do ponto de vista social, dificil de obter."

Ele observou que o Departamento de Energia está montando novos esforços para avançar nas tecnologias de reciclagem de baterias e recentemente anunciou um centro de reciclagem de baterias de íon-lítio.

O caminho a seguir exigirá esforços contínuos.

"É provável que não possamos reciclar e substituir a mineração completamente, "Tran disse." Essas tecnologias são relativamente novas, e há muita otimização que precisa ser feita, como a exploração de outros solventes eutéticos profundos, mas realmente acreditamos no potencial de maneiras mais ecológicas de fazer química suja. A sustentabilidade está no cerne do trabalho que faço e do que quero fazer para o resto da minha carreira. "