Los investigadores descubrieron un método rápido, eficaz y respetuoso con el medio ambiente para la recuperación selectiva de litio mediante radiación de microondas y un disolvente fácilmente biodegradable.
El proceso basado en microondas cuenta con una tasa de recuperación del 50% en 30 segundos.
El “oro blanco” de la energía limpia, el litio, es un componente clave de baterías grandes y pequeñas, desde teléfonos y portátiles hasta sistemas de almacenamiento de energía a escala de red.
Aunque es relativamente abundante, el metal blanco plateado pronto puede escasear debido a un complejo panorama de abastecimiento influenciado por el auge de los vehículos eléctricos (EV), los objetivos de cero emisiones netas y factores geopolíticos. Con un valor de más de 65 mil millones de dólares en 2023, se espera que el mercado mundial de baterías de iones de litio (LIB) crezca más del 23 % en los próximos ocho años, lo que probablemente se sumará a los desafíos actuales en el suministro de litio.
Es más, recuperar litio de baterías gastadas es ambientalmente gravoso y altamente ineficiente, algo que un equipo de investigadores de la Universidad Rice dirigido por Pulkal Ajian está trabajando para cambiar.
En su última investigación publicada en Materiales funcionales avanzados, los investigadores describen un método rápido, eficiente y respetuoso con el medio ambiente para la recuperación selectiva de litio utilizando radiación de microondas y un disolvente fácilmente biodegradable. Los resultados muestran que el nuevo proceso puede recuperar el 50% del litio en los cátodos LIB gastados en menos de 30 segundos, superando un importante cuello de botella en la tecnología de reciclaje de LIB.
“Hemos visto un enorme aumento en el uso de LIB en los últimos años, lo que genera preocupación sobre la disponibilidad de metales clave como el litio, el cobalto y el níquel que se utilizan en los cátodos”, dijo Sohni Bhattacharya, quien dirigió los dos es uno de los principales autores. sobre el estudio y becario postdoctoral de la Rice Academy en el Laboratorio de Nanomateriales dirigido por Ajian. “Por eso, reciclar los LIB gastados para recuperar estos metales es realmente importante”.
Los métodos de reciclaje tradicionales a menudo implican ácidos fuertes, mientras que los disolventes alternativos respetuosos con el medio ambiente, como los disolventes eutécticos profundos (DES), han tenido problemas con la eficiencia y la viabilidad económica. Además, los métodos de reciclaje actuales recuperan menos del 5% del litio, en gran parte debido a la contaminación y la pérdida durante el proceso, así como a la naturaleza intensiva de energía de la recuperación.
“Las tasas de recuperación son muy bajas porque el litio suele ser el último en ser descargado después de todos los demás metales, por lo que nuestro objetivo era descubrir cómo podríamos abordar específicamente el litio”, dijo Salma Al-Hashim, ex estudiante de doctorado de Rice. , quien es el segundo autor principal del estudio. “Aquí utilizamos un DES que es una mezcla de cloruro de colina y etilenglicol, sabiendo por nuestro trabajo anterior que durante la lixiviación en este DES, el litio está rodeado por iones de cloruro del cloruro de colina y se extrae en solución”.
Para lixiviar otros metales como el cobalto o el níquel, en el proceso deben intervenir tanto el cloruro de colina como el etilenglicol. Sabiendo que de las dos sustancias, sólo el cloruro de colina es bueno para absorber las microondas, los investigadores empaparon los desechos de la batería en un solvente y los bombardearon con radiación de microondas.
“Esto nos permitió seleccionar el litio sobre otros metales”, dijo Bhattacharya. “El uso de radiación de microondas para este proceso es similar a cómo un microondas de cocina calienta los alimentos rápidamente. La energía se transfiere directamente a las moléculas, lo que hace que la reacción sea mucho más rápida que los métodos de calentamiento convencionales”.
En comparación con los métodos de calentamiento convencionales, como los baños de aceite, el calentamiento asistido por microondas puede lograr la misma eficiencia casi 100 veces más rápido. Por ejemplo, utilizando un proceso basado en microondas, el equipo descubrió que se necesitaban 15 minutos para extraer el 87 por ciento del litio, en comparación con 12 horas para lograr la misma tasa de recuperación utilizando un baño de aceite.
“También muestra que la selectividad para elementos específicos se puede lograr simplemente ajustando la composición del DES”, dijo Alhashim. “Otra ventaja es la estabilidad del disolvente: como el proceso del baño de aceite dura mucho tiempo, el disolvente empieza a descomponerse, mientras que esto no ocurre con ciclos cortos de calentamiento por microondas”.
Este método innovador podría mejorar drásticamente la economía y el impacto ambiental del reciclaje de LIB, proporcionando una solución sostenible a un problema global creciente.
“Este método no sólo aumenta la tasa de recuperación sino que también reduce el impacto ambiental, lo que lo convierte en un paso prometedor hacia el despliegue a gran escala de sistemas de reciclaje basados en DES para la recuperación selectiva de metales”. Ajian, el autor correspondiente del estudio, y Benjamin M. de Rice . y Mary Greenwood Anderson, profesora de ingeniería y profesora y presidenta del Departamento de Ciencia de Materiales y Nanoingeniería.
