Científicos de EE.UU. convierten baterías de vehículos eléctricos usadas en componentes de mayor rendimiento
Investigadores de la Universidad de California en San Diego desarrollaron un método para reciclar baterías de fosfato de hierro y litio (LFP) gastadas transformándolas en fosfato de manganeso, hierro y litio (LMFP), un material que almacena más energía manteniendo la seguridad y durabilidad originales. El proceso, que mejora el material existente en lugar de descomponerlo, podría reducir residuos y consumo energético mientras aumenta el valor de las baterías retiradas de vehículos eléctricos.
Con millones de baterías de vehículos eléctricos aproximándose al final de su vida útil, científicos de la Universidad de California en San Diego crearon un proceso que convierte material usado de baterías de fosfato de hierro y litio (LFP) en fosfato de manganeso, hierro y litio (LMFP), según publicó la revista científica Joule. Este nuevo tipo de batería puede almacenar más energía mientras mantiene la seguridad y larga vida que hicieron populares a las baterías LFP.
La investigación ofrece una alternativa al reciclaje tradicional de baterías. En lugar de descomponer las baterías viejas en materias primas para luego fabricar nuevos cátodos, el equipo mejora el cátodo existente convirtiéndolo en un material superior. Este método podría reducir residuos, usar menos energía y hacer que las baterías retiradas de vehículos eléctricos sean más valiosas, según los investigadores.
**Un proceso más limpio para reducir residuos**
Las baterías LFP se encuentran entre las más utilizadas en vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía a gran escala. Cuestan menos que muchas otras baterías de iones de litio porque no necesitan metales costosos como cobalto o níquel. Actualmente representan casi la mitad del mercado mundial de baterías de iones de litio, según la investigación. A medida que más de estas baterías se desgastan, encontrar formas eficientes de reciclarlas se vuelve más importante.
La mayoría de los métodos de reciclaje utilizan altas temperaturas o químicos fuertes para recuperar materiales valiosos. "Estos procesos no son ambientalmente amigables", dijo Wei Li, primer autor del estudio e investigador postdoctoral en el laboratorio de Zheng Chen en la Universidad de California en San Diego. Li explicó que usan mucha energía y crean muchos residuos y emisiones.
El grupo de investigación de Chen había desarrollado previamente un método para restaurar baterías LFP viejas a material LFP fresco. Pero las baterías recicladas mantenían la misma química que antes. "Después de la regeneración, seguía siendo LFP", dijo Li. El nuevo método mejora el material a LMFP, que puede almacenar más energía. "Esto podría ofrecer un uso final más valioso para las baterías gastadas", agregó Chen.
**Conversión de cátodos usados en material superior**
El proceso de reciclaje comienza abriendo los paquetes de baterías y extrayendo las capas enrolladas apretadamente del interior, conocidas como rollo de gelatina. Los investigadores cortan estas capas en láminas, las sumergen en agua y agitan suavemente el material para separar el recubrimiento del cátodo de la lámina de aluminio.
"La lámina de aluminio también puede reciclarse por separado", explicó Li.
El material del cátodo restante se seca y muele hasta convertirlo en un polvo negro fino. Los investigadores luego agregan litio, manganeso y sales de fosfato para proporcionar los ingredientes para LMFP.
**Compuesto intermedio especial permite la mejora**
El equipo enfrentó un gran desafío porque las sales agregadas y el material LFP original tienen estructuras cristalinas diferentes. "Sus estructuras son incompatibles", reveló Li. "Si se mezclan directamente, la distribución atómica del producto final no será uniforme y tendrá peor rendimiento electroquímico".
Para solucionar esto, los investigadores primero preparan un compuesto intermedio, fosfato de manganeso y litio (LMP), con una estructura cristalina similar a LFP. Muelen finamente y mezclan el polvo, luego lo calientan. "Aquí es donde ocurre la química emocionante", dijo Chen.
A medida que el polvo se calienta, el LMP se forma primero y se mezcla uniformemente con el LFP. Los átomos de manganeso lentamente toman el lugar de algo de hierro, creando una estructura LMFP uniforme. Una capa delgada de carbono también se forma alrededor de cada partícula, ayudando al material a conducir electricidad y protegiéndolo durante muchos ciclos de carga.
**Resultados prometedores para reciclaje a gran escala**
El material LMFP mejorado almacenó más energía que el LFP original y mantuvo su durabilidad y seguridad, según los resultados publicados. Los investigadores probaron el método usando baterías LFP de diferentes fabricantes y escalaron el proceso a cantidades de kilogramos.
El material reciclado también funcionó bien tanto en pequeñas celdas de moneda de laboratorio como en celdas de bolsa más grandes, que son similares a las baterías utilizadas en vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía a gran escala.
El equipo de investigación ahora planea hacer el proceso más eficiente y obtener más material de él. También quieren mejorar la composición y estructura del material para aumentar el rendimiento y preparar la tecnología para reciclaje a gran escala, según el estudio.
