El reciclaje ‘flash’ abre la puerta a la recuperación de los ánodos de grafito usados

Unos investigadores han desarrollado una nueva técnica llamada ‘reciclaje flash’. Esta permite reciclar los ánodos de grafito de las baterías de iones de litio de forma más económica y sostenible.

El reciclaje de baterías de iones de litio se ha centrado principalmente en la recuperación de metales valiosos como el litio, el cobalto, el manganeso y el níquel.

Sin embargo, los ánodos de grafito, que representan aproximadamente el 15 % del coste de una batería, a menudo se desperdician o se queman para obtener energía. Estos ánodos están compuestos por partículas de grafito pegadas con un aglutinante y acumulan capas de sales de litio y otros metales durante su uso.

Así es el reciclaje flash

Según los investigadores de la Universidad de Rice, el proceso de «reciclaje flash» consiste en aplicar un pulso de electricidad de alta intensidad a los ánodos para eliminar las impurezas y dejar el grafito puro, que puede ser utilizado para fabricar nuevos ánodos.

Existen métodos experimentales de reciclaje que liberan el grafito de estas impurezas mediante el uso de ácidos fuertes, pero estos pueden generar residuos contaminantes. Otros métodos se basan en la calcinación intensiva, que requiere altas temperaturas durante varias horas.

En cambio, el reciclaje flash utiliza una sacudida de electricidad de hasta 350 voltios durante 1 segundo. Esta calienta el material a unos 2500 °C y elimina las impurezas mediante la carbonización y la formación de nanopartículas de óxido metálico.

Un lavado con ácido clorhídrico diluido elimina posteriormente los residuos inorgánicos, dejando partículas de grafito puro.

Ánodos reciclados con un rendimiento similar al de los nuevos

Mediante pruebas realizadas con baterías de iones de litio, los investigadores han demostrado que el grafito reciclado mediante esta técnica tiene un rendimiento similar al de los ánodos nuevos.

Después de 400 ciclos de recarga, el ánodo mantuvo el 77 % de su capacidad energética, lo que es «comparable con el grafito comercial, que es de alrededor del 80 %», según Weiyin Chen, miembro del equipo de investigación.

Según los análisis de ciclo de vida, utilizar el reciclaje flash para producir grafito para nuevos ánodos requeriría un 96 % menos de energía que la fabricación de grafito sintético fresco, a un coste del 12 % del proceso.

Es decir, el reciclaje flash es más barato y utiliza menos energía que la calcinación intensiva, lo que lo convierte en una opción atractiva para el reciclaje de baterías de iones de litio a gran escala. «La cantidad de energía que usamos es mucho menor porque la duración es muy rápida», dice James M. Tour, director del proyecto.

Dudas en la comunidad científica

Paul Anderson de la Universidad de Birmingham, quien dirige el proyecto de Reutilización y Reciclaje de Baterías de Iones de Litio (ReLiB) de la Institución Faraday y no participó en el trabajo, no tiene tan claro que los hallazgos realizados por sus colegas sean tan positivos.

«Obtienen grafito de calidad decente que funciona razonablemente bien. Pero no me parece que sea lo suficientemente bueno todavía», afirma.

Según Anderson, «mejorar aún más la calidad del grafito recuperado será crucial. Cualquiera que pueda tomar grafito de bajo grado y convertirlo en grafito de grado de batería con un proceso de menor temperatura y más eficiente energéticamente, es un ganador».

Qué es el grafito y por qué es vital en las baterías

El grafito es un material conductor de electricidad y conductor térmico que se encuentra de forma natural como mineral o se puede sintetizar a partir de carbono. Es una forma modificada del carbono que tiene una estructura hexagonal en capas.

En las baterías, el grafito se utiliza principalmente como material conductor y como material de soporte en los ánodos de las baterías de iones de litio. Los ánodos son una de las partes más importantes de una batería, ya que son los encargados de almacenar y liberar la energía. El ánodo de una batería de iones de litio está compuesto por partículas de grafito pegadas con un aglutinante y es el encargado de almacenar el ion de litio durante la descarga de la batería.

El grafito es un material muy atractivo para su uso en baterías debido a sus excelentes propiedades conductoras y su alta capacidad de almacenamiento de iones de litio.

El grafito es un material relativamente barato y abundante en la Tierra, por lo que su precio es bajo en comparación con otros materiales utilizados en la fabricación de baterías, como el cobalto o el litio.

Sin embargo, el precio del grafito puede variar dependiendo de la calidad y el tamaño de las partículas, así como del proceso de producción utilizado.

Además, el grafito también tiene algunas desventajas, como una baja resistencia mecánica, lo que puede dificultar su uso en algunas aplicaciones.

Fuente adicional | Chemical & Engineering News