.avif)
Nuevos avances en el reciclaje de baterías de iones de litio
La demanda mundial de baterías de iones de litio crece de forma exponencial y se prevén puntos de inflexión críticos, ya que la demanda podría llegar a superar el suministro de componentes clave y materias primas para baterías.
Se prevé que el mercado mundial de coches eléctricos alcance los 858.000 millones de dólares para 2027, impulsado por las baterías de iones de litio. Sin embargo, se estima que solo se recicla el 5% de las baterías de iones de litio a nivel mundial. Históricamente, el reciclaje de estas baterías se ha visto limitado por la volatilidad de los precios de las materias primas, la falta de plantas de reciclaje y la ausencia de normativas. No obstante, los avances en los métodos de reciclaje, el alto potencial de crecimiento y la cantidad limitada de metales raros han hecho que el reciclaje sea más atractivo, con proyecciones de mercado que podrían alcanzar los 13.000 millones de dólares para 2030.
Técnicas de reciclaje actuales
Hoy en día existen tres tipos principales de metodologías de reciclaje de baterías (Figura 1), siendo la combinación de hidrometalurgia y pirometalurgia las formas predominantes. Las publicaciones de investigación y patentes han crecido exponencialmente en estos campos debido a su menor coste y complejidad (Figura 2). La hidrometalurgia utiliza soluciones (principalmente acuosas) para extraer y separar metales de los recursos de las baterías. La pirometalurgia utiliza calor para convertir los óxidos metálicos empleados en los materiales de las baterías en metales o compuestos metálicos. El reciclaje directo consiste en la extracción del material del cátodo para su reutilización o reacondicionamiento.
Por qué el reciclaje directo es la mejor opción
La extracción directa del material del cátodo para su reutilización o reacondicionamiento es ideal porque permite a los recicladores mantener intactas las estructuras cristalinas con menores costes de energía, reactivos e instalaciones fijas. Sin embargo, requiere una mayor mano de obra y un umbral más alto para garantizar unas condiciones óptimas de reciclaje. Hasta hace poco, los desafíos clave que habían frenado el campo del reciclaje de iones de litio eran la falta de uniformidad en el diseño de las baterías y el gran esfuerzo necesario en los procesos hidro y pirometalúrgicos para convertir las baterías en materias primas metálicas. Un estudio reciente destaca un método que proporciona materiales catódicos funcionales que no se obtenían con los métodos de reciclaje actuales.
Un nuevo enfoque para el reciclaje directo:
Recientemente, Zheng Liang, Guangmin Zhou, Hui-Ming Cheng y sus colegas dieron a conocer una de estas técnicas en el Journal of the American Chemical Society. Se combinaron yoduro de litio (LiI) e hidróxido de litio (LiOH) en una mezcla eutéctica que se funde a una temperatura inferior a la de cualquiera de las sales por separado: por debajo de los 200 °C. Como resultado, la combinación se vuelve líquida a temperaturas más accesibles.
Aunque la capacidad de las baterías fabricadas con el material reparado no se restauró por completo, sí se logró mediante un calentamiento consecutivo con la mezcla eutéctica a 200 °C durante 3 horas, seguido de un calentamiento a 850 °C durante 2 horas. Sin embargo, cuando se añadieron Co2O3 y MnO2 a la mezcla eutéctica, el proceso de dos pasos produjo NMC523 restaurado, con características y una estructura cristalina comparables a las del material recién fabricado.
Este enfoque ofrece una forma de reparar los cátodos de las baterías de iones de litio hasta recuperar su funcionalidad completa, utilizando menos energía y recursos que en la producción de material nuevo. Si los materiales de las baterías agotadas recuperan su funcionalidad total a un coste menor, podrían venderse con un margen mucho mayor que los metales u óxidos metálicos obtenidos mediante otras técnicas más costosas.
Desafíos
El enfoque desarrollado por Liang et al. no está exento de desafíos. El procedimiento requiere desmontar y volver a montar las baterías. La complejidad y la falta de uniformidad en el diseño de las baterías y en la composición de los cátodos son barreras para el reciclaje en general. Mientras que muchos tipos de baterías pueden procesarse mediante pirometalurgia, el reciclaje directo y los procedimientos hidrometalúrgicos requieren clasificar los diferentes tipos de baterías y un desmontaje seguro. Para que el reciclaje directo sea práctico, la composición y el diseño de la batería deben estar especificados y codificados en la misma. El desmontaje sería más sencillo con diseños de batería estandarizados; sin embargo, dada la variedad de aplicaciones de las baterías de iones de litio, esto podría no ser posible.
Perspectivas de futuro
Se avecina un punto de inflexión crítico para las baterías de iones de litio, ya que la demanda superará potencialmente el suministro de metales clave, por lo que el reciclaje debe desempeñar un papel fundamental para cerrar esta brecha. La conservación de los recursos, el impacto medioambiental y la rentabilidad serán los motores clave para acelerar la innovación en el futuro.
Aunque este estudio reciente no ofrece un enfoque comercialmente viable para la regeneración y el reciclaje directo de baterías de iones de litio, demuestra que la práctica es técnicamente posible. Este enfoque se diferencia de los métodos de reciclaje directo anteriores al utilizar sistemas eutécticos en lugar de técnicas hidrotérmicas. Una técnica de reciclaje directo comercialmente viable aumentará la seguridad del suministro de componentes para baterías de iones de litio, contribuirá a su sostenibilidad como alternativa a los combustibles líquidos para el almacenamiento de energía y servirá como instrumento crucial para reducir las emisiones de CO2 de las personas, mitigando el cambio climático. Obtenga más información sobre las tendencias emergentes en el reciclaje de baterías de iones de litio en nuestro reciente informe.
