Los investigadores de la Universidad de California en San Diego han mejorado su proceso de reciclaje que regenera los cátodos degradados de las baterías de iones de litio usadas. El nuevo proceso es más seguro y utiliza menos energía que su método anterior para restaurar los cátodos a su capacidad original y rendimiento del ciclo.
Zheng Chen, profesor de nanoingeniería afiliado al Centro de Energía y Energía Sostenible en UC San Diego, dirigió el proyecto. El trabajo fue publicado en Materiales de energía avanzada .
"Debido al rápido crecimiento de los mercados de vehículos eléctricos, se espera que la capacidad de fabricación mundial de baterías de iones de litio alcance cientos de gigavatios por año en los próximos cinco años", dijo Chen. "Este trabajo presenta una solución para recuperarlos valores de las baterías de iones de litio al final de su vida útil después de 5 a 10 años de funcionamiento "
El equipo de Chen desarrolló previamente un enfoque de reciclaje directo para reciclar y regenerar cátodos degradados. Repone los iones de litio que los cátodos pierden con el uso prolongado y restaura sus estructuras atómicas a sus estados originales. Sin embargo, ese proceso implica presurizar una solución de sal de litio caliente departículas catódicas a alrededor de 10 atmósferas. El problema es que este paso de presión aumenta los costos y requiere precauciones de seguridad adicionales y equipo especial, dijo Chen.
Entonces, el equipo desarrolló un proceso más suave para hacer el mismo trabajo a presión ambiente 1 atmósfera. La clave fue usar sales de litio eutécticas, una mezcla de dos o más sales que se derrite a temperaturas mucho más bajas que cualquiera de sus componentes.Esta combinación de sales de litio sólidas produce un líquido libre de solventes que los investigadores pueden usar para disolver materiales catódicos degradados y restaurar iones de litio sin agregar ninguna presión adicional en los reactores.
El nuevo método de reciclaje consiste en recolectar partículas de cátodo de las baterías de iones de litio usadas y luego mezclarlas con una solución eutéctica de sal de litio. La mezcla se trata con calor en dos pasos: primero se calienta a 300 ° C, luego pasa por un cortoproceso de recocido en el que se calienta a 850 C durante varias horas y luego se enfría naturalmente.
Los investigadores utilizaron el método para regenerar NMC LiNi0.5Mn0.3Co0.2, un cátodo popular que contiene níquel, manganeso y cobalto, que se utiliza en muchos de los vehículos eléctricos actuales.
"Hicimos nuevos cátodos a partir de las partículas regeneradas y luego las probamos en baterías construidas en el laboratorio. Los cátodos regenerados mostraron la misma capacidad y rendimiento de ciclo que los originales", dijo Yang Shi, el primer autor que realizó este trabajo comoinvestigador postdoctoral en el laboratorio de Chen en UC San Diego.
"En una batería de iones de litio al final de su vida útil, el material del cátodo pierde algo de su litio. La estructura cristalina del cátodo también cambia de modo que es menos capaz de mover iones hacia adentro y hacia afuera. El proceso de reciclaje que desarrollamos restaura ambosla concentración de litio del cátodo y la estructura cristalina vuelven a sus estados originales ", dijo Shi.
El equipo está ajustando este proceso para que pueda usarse para reciclar cualquier tipo de materiales catódicos utilizados en las baterías de iones de litio y de iones de sodio.
"El objetivo es hacer de este un proceso de reciclaje universal para todos los materiales del cátodo", dijo Chen. El equipo también está trabajando en un proceso para reciclar ánodos degradados, como el grafito y otros materiales.
Chen también está colaborando con Shirley Meng, profesora de nanoingeniería de la Universidad de California en San Diego, quien es directora del Centro de Energía y Energía Sostenible, para identificar cambios sutiles en la microestructura del cátodo y la composición local utilizando herramientas de imágenes microscópicas de alta resolución.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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