Un equipo de investigación de la Universidad Rice dirigido por James Toure, profesor de química de TT y WF Chao y profesor de ciencia de materiales y nanoingeniería, está abordando 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 ingredientes activos puros de los residuos de baterías, como se detalla en la revista. comunicación de la naturaleza El 24 de julio. Sus hallazgos tienen el potencial de facilitar la separación y el reciclaje efectivos de materiales valiosos de las baterías a un costo mínimo, contribuyendo a la producción ecológica de vehículos eléctricos (EV).
“Con el aumento del uso de baterías, especialmente en los vehículos eléctricos, es apremiante la necesidad de desarrollar métodos de reciclaje sostenibles”, afirmó Touré.
Las técnicas de reciclaje convencionales suelen implicar descomponer los componentes de las baterías en su forma básica mediante procesos térmicos o químicos que consumen mucha energía y que son costosos y tienen importantes impactos ambientales.
El equipo propuso que las propiedades magnéticas podrían facilitar la separación y purificación de los materiales gastados de las baterías.
Su invención utiliza un método conocido como calentamiento flash Joule sin disolventes (FJH). Esta técnica, inventada por Touré, 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. La separación magnética permitió una purificación eficiente.
Durante el proceso, los cátodos de baterías a base de cobalto, comúnmente utilizados en vehículos eléctricos y asociados con altos costos financieros, ambientales y sociales, muestran inesperadamente magnetismo en las capas externas de óxido de cobalto de espinela, lo que permite una fácil separación.
El enfoque de los investigadores dio como resultado un alto rendimiento de recuperación de metal de la batería del 98%, manteniendo al mismo tiempo la calidad de la estructura de la batería.
“Sorprendentemente, las impurezas metálicas se reducen significativamente después de la separación, preservando al mismo tiempo la estructura y funcionalidad de los componentes”, dijo Tour. “La estructura general del material de la batería permanece estable y está lista para ser reformada en un nuevo cátodo”.
El estudio fue coautor principal de los estudiantes graduados de Rice, Weiyin Chen y Jinhang Chen, así como del investigador postdoctoral y miembro junior de la Academia Rice, Yi Cheng.
Los coautores incluyen a Ksenia Bates, administradora de investigación de ciencia de materiales y nanoingeniería; Rodrigo Salvatierra, ex investigador postdoctoral y ahora visitante académico del Tour Lab; el investigador postdoctoral Bing Deng; los estudiantes graduados en física aplicada Chang Ji, Dui Luong y Emily McHugh; Los ex alumnos de Rice, John Li y Jicheng Wang; el científico investigador en química Carter Kittrell; el científico investigador en ciencia de materiales y nanoingeniería Guanhui Gao; Imo Han, profesor asistente de ciencia de materiales y nanoingeniería; y Carl F. Hasselman de Ingeniería y Boris Jacobson de Ciencia de Materiales y Nanoingeniería.
La investigación fue apoyada 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.