Los investigadores de la Universidad de Rice, literalmente, tienen una solución para lidiar con el exceso de baterías de iones de litio usadas dejadas por la demanda cada vez mayor de vehículos eléctricos, teléfonos celulares y otros dispositivos electrónicos.
El laboratorio de materiales de Rice, el científico Pulickel Ajayan, utilizó un solvente eutéctico profundo ecológico para extraer elementos valiosos de los óxidos metálicos comúnmente utilizados como cátodos en las baterías de iones de litio. El objetivo, según los investigadores, es reducir el uso de procesos duros pararecicle las baterías y manténgalas fuera de los vertederos.
El solvente, hecho de productos de cloruro de colina y etilenglicol, extrajo más del 90 por ciento de cobalto de los compuestos en polvo, y una cantidad menor pero aún significativa de las baterías usadas.
"El desperdicio de baterías recargables, particularmente de baterías de iones de litio, se convertirá en un desafío ambiental cada vez más amenazante en el futuro a medida que la demanda de estos a través de su uso en vehículos eléctricos y otros dispositivos aumente drásticamente", dijo Ajayan.
"Es importante recuperar metales estratégicos como el cobalto que tienen un suministro limitado y son críticos para el rendimiento de estos dispositivos de almacenamiento de energía", dijo. "Algo que aprender de nuestra situación actual con los plásticos es que es el momento adecuado"tener una estrategia integral para reciclar el creciente volumen de desperdicio de batería "
Los resultados aparecen en Energía natural .
"Esto se ha intentado antes con ácidos", dijo Kimmai Tran, estudiante graduada de Rice y autora principal. "Son efectivos, pero son corrosivos y no son ecológicos. En general, reciclar baterías de iones de litio es típicamentecaro y un riesgo para los trabajadores "
Otros procesos también tienen inconvenientes, dijo. La pirometalurgia implica trituración y mezcla a temperaturas extremas, y los humos nocivos requieren lavado. La hidrometalurgia requiere productos químicos cáusticos, mientras que otros solventes "verdes" que extraen iones metálicos a menudo requieren agentes adicionales o altas temperaturas.procesos para capturarlos completamente.
"Lo bueno de este solvente eutéctico profundo es que puede disolver una amplia variedad de óxidos metálicos", dijo Tran. "Está literalmente hecho de un aditivo para la alimentación de pollos y un precursor plástico común que, cuando se mezcla a temperatura ambiente,formar una solución clara, relativamente no tóxica que tenga propiedades de solvatación efectivas "
Un solvente eutéctico profundo es una mezcla de dos o más compuestos que se congela a temperaturas mucho más bajas que cada uno de sus precursores. De esa forma, dijo, uno puede obtener literalmente un líquido a partir de una simple combinación de sólidos.
"La gran depresión de los puntos de congelación y fusión se debe a los enlaces de hidrógeno formados entre los diferentes químicos", dijo Tran. "Al seleccionar los precursores correctos, se pueden fabricar solventes 'verdes' económicos con propiedades interesantes".
Cuando Tran se unió, el grupo Rice ya estaba probando una solución eutéctica como electrolito en los supercondensadores de alta temperatura de próxima generación.
"Intentamos usarlo en supercondensadores de óxido de metal, y los estaba disolviendo", dijo el científico investigador de Rice y coautor correspondiente Babu Ganguli. "El color de la solución cambiaría".
El eutéctico estaba extrayendo iones del níquel del supercondensador.
"Nuestro equipo estaba discutiendo esto y pronto nos dimos cuenta de que podíamos usar lo que se pensaba que era una desventaja para el electrolito como una ventaja para disolver y reciclar las baterías de litio usadas", dijo Ganguli.
Eso se convirtió en el foco de Tran, ya que probó solventes eutécticos profundos en óxidos metálicos a diferentes temperaturas y escalas de tiempo. Durante las pruebas con polvo de óxido de cobalto de litio, el solvente claro produjo un amplio espectro de colores azul-verde que indicaron la presencia de cobalto disueltodentro.
A 180 grados Celsius 356 grados Fahrenheit, el solvente extrajo casi el 90 por ciento de los iones de litio y hasta el 99 por ciento de los iones de cobalto del polvo cuando se cumplieron ciertas condiciones.
Los investigadores construyeron pequeñas baterías prototipo y las reciclaron 300 veces antes de exponer los electrodos a las mismas condiciones. El solvente demostró ser capaz de disolver el cobalto y el litio mientras separaba los óxidos metálicos de los otros compuestos presentes en el electrodo.
Descubrieron que el cobalto podía recuperarse de la solución eutéctica mediante precipitación o incluso galvanoplastia a una malla de acero, ya que este último método potencialmente permitía reutilizar el solvente eutéctico profundo.
"Nos enfocamos en el cobalto", dijo el ex alumno de Rice Marco Rodrigues, ahora investigador postdoctoral en el Laboratorio Nacional de Argonne. "Desde el punto de vista de los recursos, es la parte más crítica. La batería de su teléfono seguramente tendrá mucha cantidad. El litio estambién es muy valioso, pero el cobalto en particular no solo es ambientalmente escaso sino también, desde un punto de vista social, difícil de conseguir ".
Señaló que el Departamento de Energía está realizando nuevos esfuerzos para avanzar en las tecnologías de reciclaje de baterías y recientemente anunció un centro para el reciclaje de baterías de iones de litio.
El camino a seguir requerirá esfuerzos continuos.
"Es probable que no podamos reciclar y reemplazar la minería por completo", dijo Tran. "Estas tecnologías son relativamente nuevas y es necesario optimizar mucho, como explorar otros solventes eutécticos profundos,pero realmente creemos en el potencial de formas más ecológicas de hacer química sucia. La sostenibilidad está en el corazón del trabajo que hago y de lo que quiero hacer para el resto de mi carrera ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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