Pesquisa inovadora torna a reciclagem de baterias mais econômica

Como tornamos a reciclagem de baterias econômica? Os cientistas do ReCell Center deram mais um passo em direção a esse objetivo.

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Por Jake Malooley

As baterias de íons de lítio são os motores do nosso presente e futuro tecnológico. Eles alimentam eletrônicos portáteis, como smartphones e laptops e veículos elétricos (EVs), que estão crescendo em popularidade. Mas o uso crescente de baterias de íon-lítio, especialmente em automóveis, ultrapassou a tecnologia para reciclá-las. Agora, cientistas do ReCell Center - o primeiro centro de pesquisa e desenvolvimento avançado de reciclagem de baterias do país, com sede no Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia (DOE) - fizeram uma descoberta fundamental que remove um dos maiores obstáculos no caminho de fazer a reciclagem de baterias de íon-lítio é economicamente viável.

Os processos de reciclagem usados ​​hoje permitem a recuperação de metais em formas de baixo valor para os fabricantes de baterias. Um enorme problema surge no horizonte: em menos de uma década, os pesquisadores projetam que dois milhões de toneladas de baterias de íon-lítio em fim de vida de EVs serão retiradas a cada ano. Atualmente, o número de baterias EV em fim de vida é baixo, mas está prestes a aumentar substancialmente à medida que os modelos de veículos mais antigos chegam ao fim de sua vida útil - e a atual infraestrutura de reciclagem não está pronta para o influxo.

"Se a indústria de baterias vai comprar material cátodo reciclado para reutilizar em novas baterias, eles não vão sacrificar a pureza." — Jessica Durham, cientista de materiais da Argonne e coautora do estudo

Pesquisadores da Michigan Technological University (MTU), parte da equipe ReCell, desenvolveram um processo inovador para separar os materiais valiosos que compõem o cátodo, o eletrodo carregado positivamente de uma bateria.

Cientistas do Materials Engineering Research Facility em Argonne estão ampliando o processo de separação inovador da MTU, abrindo caminho para a reciclagem em larga escala de baterias EV. Como os materiais do cátodo das baterias de veículos elétricos variam de acordo com a montadora e o ano de produção, um reciclador deve usar uma mistura de óxidos metálicos de lítio - óxido de cobalto de lítio, óxido de cobalto de níquel-lítio-manganês, óxido de alumínio-cobalto-níquel-lítio, fosfato de ferro-lítio, etc. — e separar cada um para que esses materiais sejam reutilizados. Essa tarefa antes impossível de repente parece viável.

A reciclagem direta e a reutilização dos materiais do cátodo da bateria fecham o ciclo. (Imagem do ReCell Center.)

Em um novo artigo publicado na revista científica Energy Technology, revisada por pares, os pesquisadores da MTU e da ReCell detalham sua descoberta: um método de separação de materiais catódicos individuais usando uma nova reviravolta em um processo antigo chamado flotação de espuma.

Usado por muitos anos pela indústria de mineração para separar e purificar minérios, a flotação de espuma separa materiais em um tanque de flotação com base em repelir a água e flutuar ou absorver água e afundar. Geralmente os materiais do cátodo afundam, o que os torna difíceis de separar uns dos outros. Isso é verdade para o óxido de cobalto de manganês e lítio (NMC111) e óxido de manganês de lítio (LMO), dois materiais comuns de cátodo de bateria EV que a equipe ReCell usou em seus experimentos. O que os pesquisadores descobriram foi que a separação pode ser alcançada fazendo um dos materiais do cátodo, o NMC111, flutuar por meio da introdução de uma substância química que faz o material-alvo repelir a água.

Depois que os materiais do cátodo foram separados, os pesquisadores determinaram, por meio de testes, que o processo teve um impacto insignificante no desempenho eletroquímico dos materiais. Ambos também tinham altos níveis de pureza (95% ou mais).

"Isso é muito importante", diz Jessica Durham, cientista de materiais da Argonne e coautora do estudo, "porque se a indústria de baterias comprar material de cátodo reciclado para reutilizar em novas baterias, eles não sacrificarão a pureza ."

A pesquisa está ligada à missão do ReCell Center de promover métodos de processamento menos intensivos em energia e capturar materiais valiosos para reciclagem direta - a recuperação, regeneração e reutilização de componentes de bateria diretamente sem quebrar a estrutura química. O centro é uma colaboração entre Argonne, Laboratório Nacional de Energia Renovável do DOE e Laboratório Nacional Oak Ridge, Universidade Tecnológica de Michigan, Universidade da Califórnia em San Diego e Instituto Politécnico de Worcester.