Un equipo de investigación de la Universidad Rice, dirigido por James Turr, profesor de química de TT y WF Chao y profesor de ciencia de materiales y nanoingeniería, abordó la cuestión medioambiental del reciclaje eficiente de baterías de iones de litio en medio de su creciente uso.
El equipo fue pionero en un nuevo método para extraer materiales activos puros de los residuos de baterías, como se detalla en la revista. Comunicaciones de la naturaleza El 24 de julio. Sus resultados tienen el potencial de facilitar la separación y el reciclaje efectivos de materiales valiosos de las baterías a costos mínimos, contribuyendo a la producción ecológica de vehículos eléctricos (EV).
“Con el aumento del uso de baterías, especialmente en los vehículos eléctricos, se está enfatizando la necesidad de desarrollar métodos de reciclaje sostenibles”, afirmó Tor.
Las técnicas de reciclaje convencionales suelen implicar la descomposición de los materiales de las baterías en sus formas primarias mediante procesos térmicos o químicos que consumen mucha energía y que son costosos y tienen impactos ambientales.
El equipo sugirió que las propiedades magnéticas podrían facilitar la separación y purificación de los materiales gastados de las baterías.
Su innovación utiliza un método llamado Flash Joule Heating (FJH) sin disolventes. La técnica, ideada por Tor, consiste en hacer pasar una corriente a través de un material moderadamente resistivo para calentarlo rápidamente y convertirlo en otras sustancias.
Utilizando FJH, los investigadores calentaron los desechos de la batería a 2500 Kelvin en segundos, creando propiedades únicas con capas magnéticas y estructuras centrales estables. Se permite la separación magnética para una purificación eficiente.
Durante este proceso, los cátodos de baterías a base de cobalto, comúnmente utilizados en vehículos eléctricos y asociados con altos costos financieros, ambientales y sociales, exhiben inesperadamente magnetismo en las capas externas de óxido de cobalto de la columna vertebral, que es fácil de separar.
El enfoque de los investigadores dio como resultado una alta recuperación del metal de la batería del 98% manteniendo al mismo tiempo el valor de la estructura de la batería.
“Sorprendentemente, las impurezas metálicas se redujeron significativamente después de la separación, preservando al mismo tiempo la estructura y funcionalidad del material”, dijo Torr. “La estructura general del material de la batería permanece estable y lista para ser reformada en nuevos cátodos”.
Los estudiantes graduados de Rice, Wen Chen y Jin Hong Chen, junto con el investigador postdoctoral y miembro junior de la Academia Rice, Yi Cheng, son coautores principales del estudio.
Los coautores incluyen a Ksenia Bets, administradora de investigación de ciencia de materiales y nanoingeniería. el ex investigador postdoctoral y ahora visitante académico del Tour Lab Rodrigo Salotera; el investigador postdoctoral Bing Deng; los estudiantes graduados en Física Aplicada Chang Ji, Dave Luong y Emily McHugh; Los ex alumnos de Rice, John Li y Zhicheng Wang; el científico investigador en química Carter Cuttrell; Científico investigador en ciencia de materiales y nanoingeniería Guanhui Gao; Yu Han, profesor asistente de ciencia de materiales y nanoingeniería; y el Profesor Carl F. Hasselman de Ingeniería y el Profesor Boris Jacobsen de Ciencia de Materiales y Nanoingeniería.
El estudio fue apoyado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de EE. UU. ERDC y una beca de la Academia Rice.
