Las baterías recargables de litio de estado sólido son una tecnología emergente que algún día podría alimentar teléfonos celulares y computadoras portátiles durante días con una sola carga. Al ofrecer una densidad de energía significativamente mayor, son una alternativa más segura a las baterías de iones de litio inflamables que se usan actualmente en los productos electrónicos de consumo, pero no son amigables con el medio ambiente. Los métodos de reciclaje actuales se centran en la recuperación limitada de los metales contenidos en los cátodos, mientras que todo lo demás se desperdicia.
Un equipo de investigadores de Penn State podría haber resuelto este problema. Dirigido por Enrique Gómez, decano adjunto interino de equidad e inclusión y profesor de ingeniería química en la Facultad de Ingeniería de Penn State, el equipo reconfiguró el diseño de estas baterías de litio de estado sólido para que todos sus componentes se puedan reciclar fácilmente. Publicaron sus hallazgos en ACS Energy Letters.
“A medida que aumenta la necesidad de baterías recargables, debemos pensar en el fin de la vida útil de esta tecnología”, afirmó Gómez. “Esperamos que nuestro trabajo destaque las posibilidades del reciclaje de baterías de estado sólido, con la ayuda de algunos elementos de diseño clave”.
Reciclaje de baterías recargables
Según los investigadores, la mayoría de los componentes básicos de las baterías se desperdician porque se mezclan durante el proceso de reciclaje y forman una “masa negra”. Esta masa negra es rica en materiales necesarios para las baterías, pero separarlos sigue siendo un desafío. En las baterías de estado sólido, el uso de electrolitos sólidos agrava este problema, ya que se entremezclan con la masa negra.
Para separar más fácilmente estos componentes de los demás componentes metálicos en una batería de tipo botón, los investigadores insertaron dos capas de polímero en las interfaces entre el electrodo y el electrolito antes del inicio del proceso de reciclaje.
“Propusimos que al disolver la capa de polímero durante el proceso de reciclaje, se puede separar fácilmente el electrodo del electrolito”, dijo Yi-Chen Lan, estudiante de doctorado en ingeniería química y primer autor del artículo. “Sin la capa de polímero que los separa, el electrodo y el electrolito se mezclarían, lo que dificultaría su reciclaje”.
Una vez que los investigadores lograron separar los componentes, crearon un compuesto con los metales recuperados y los electrodos mediante sinterización en frío, el proceso de combinar materiales en forma de polvo en formas densas a bajas temperaturas mediante la aplicación de presión con disolventes. La sinterización en frío fue desarrollada en 2016 por un equipo de investigadores dirigido por Clive Randall, director del Instituto de Investigación de Materiales de Penn State y profesor distinguido de ciencia e ingeniería de materiales. Gómez y su equipo demostraron recientemente el reciclaje de electrolitos de estado sólido mediante sinterización en frío.
“Utilizamos la sinterización en frío para combinar los electrodos recuperados con polvos electrolíticos sólidos compuestos recuperados y luego reconstruimos la batería con las capas de polímero agregadas”, dijo Po-Hao Lai, estudiante de doctorado en ingeniería química y coautor del artículo. “Esto nos permite reciclar toda la batería, que luego podemos reciclar nuevamente después de su uso”.
Después de probar su rendimiento, descubrieron que la batería reconstruida alcanzó entre el 92,5% y el 93,8% de su capacidad de descarga original.
“Si bien la comercialización de baterías de litio de estado sólido todavía está en sus primeras etapas, nuestro trabajo proporciona información e ideas importantes para diseñar versiones reciclables de estas baterías”, afirmó Lan. “Aunque todavía no hemos llegado a ese punto, el objetivo a largo plazo es aplicar esta innovación a baterías más grandes que se puedan usar en dispositivos como teléfonos celulares y computadoras portátiles, una vez que la tecnología de estado sólido se vuelva más común”.
Además de Gómez, Lan y Lai, Bryan Vogt , profesor de ingeniería química, también contribuyó al artículo.
La Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., el Departamento de Defensa de EE. UU., el Laboratorio de Investigación del Ejército y la Oficina de Investigación del Ejército apoyaron esta investigación.
Ecoportal.net
Con información de: https://www.eurekalert.org/