Los retos del reciclaje de baterías de litio

Las pilas de litio que no se reciclan adecuadamente pueden liberar metales tóxicos al medio ambiente, que luego pueden ser inhalados por los pulmones y causar problemas de salud como afecciones cardiovasculares y pulmonares.

La mayoría de las baterías de litio se reciclan triturándolas hasta convertirlas en polvo antes de fundirlas (pirometalurgia) o disolverlas en ácido (hidrometalurgia). Ambos procesos consumen grandes cantidades de energía y emiten gases de efecto invernadero al medio ambiente.

El polvo de cátodo reciclado es más poroso que el polvo de cátodo fabricado comercialmente

Los cátodos son el núcleo de toda batería de iones de litio, responsables de su voltaje y rendimiento. Para producir cátodos de alta calidad, los materiales deben tener una elevada porosidad (superficie que permite a los iones de litio moverse entre el ánodo y el cátodo), por lo que unos cátodos más porosos significan una mayor capacidad de almacenamiento de energía; de hecho, un estudio descubrió que el polvo de cátodo reciclado era más poroso que el polvo de cátodo fabricado comercialmente y, por tanto, permitía que las baterías ensambladas con material reciclado tuvieran un rendimiento similar a las fabricadas con materiales vírgenes.

La investigación fue llevada a cabo en la Universidad de California en Irvine por investigadores dirigidos por Nikhil Gupta. Basándose en trabajos anteriores que demostraban que el uso de material de cátodo reciclado podía aumentar la eficiencia de las baterías y prolongar los tiempos de funcionamiento de las de iones de litio, utilizaron un novedoso proceso para producir polvo de cátodo más de tres veces más poroso que el método tradicional. El cizallamiento, la molienda, la lixiviación ácida, la clasificación por tamaño de partícula y la química y el procesamiento dan como resultado cátodos de alto rendimiento que luego se mezclan con electrolitos líquidos y se procesan antes de volver a mezclarse para formar cátodos de alto rendimiento que producen cátodos de alto rendimiento que duran más en uso en comparación con los métodos de producción tradicionales utilizados a partir de fuentes recicladas.

Las baterías de iones de litio necesitan un electrolito líquido para conducir iones entre su ánodo y sus cátodos, lo que se conoce como electrolito. Compuesto normalmente de sal inorgánica disuelta en disolventes orgánicos no acuosos como el carbonato de propileno o mezclas de carbonatos de etileno con carbonatos alifáticos como los metilcarbonatos de dimetilo, dietilo y etilo), este elemento desempeña un papel esencial en el rendimiento de la batería. Para un rendimiento óptimo de la pila, debe garantizar una interfaz de baja resistencia para un rendimiento eficaz de la pila: la selección de un electrolito es de vital importancia para el rendimiento de la pila.

Tradicionalmente, el reciclaje de las baterías de litio ha consistido en triturarlas y fundirlas mecánicamente o disolverlas en ácido. Desgraciadamente, estos procesos requieren cantidades excesivas de electricidad y producen una masa de metales difícil de reciclar. En su lugar, esta investigación propone el "reciclado directo de cátodos", una alternativa que ahorra energía.

El reciclado directo de cátodos implica desmontar una batería en sus elementos individuales y clasificarlos en función de sus propiedades físicas. En primer lugar, se realiza un cizallamiento en atmósfera inerte; a continuación, los materiales se trituran y se muelen en fracciones finas con fines de separación y purificación. Este proceso elimina impurezas como el aluminio y el cobre, que podrían inhibir el rendimiento, así como iones de metales de transición como Ni2+ y Co2+ de la solución, dejando sólo sales de litio y grafito como productos de salida.

Es más barato que el polvo de cátodo nuevo

Las baterías de iones de litio que se utilizan en coches eléctricos y teléfonos inteligentes, así como en juguetes infantiles, cigarrillos electrónicos y ordenadores portátiles, pueden reciclarse a menudo; sin embargo, el proceso puede ser a menudo engorroso y costoso, lo que ha disuadido a muchas empresas de iniciar un negocio de reciclaje; no obstante, los investigadores están trabajando en soluciones para que el reciclaje sea más sencillo, barato, rápido y ecológico.

Las baterías de litio se construyen utilizando diversos materiales, entre ellos cobre y cobalto. Aunque estos metales son esenciales en la producción de baterías, su extracción puede ser peligrosa debido a la producción de residuos tóxicos, al tiempo que contribuye al cambio climático al emitir gases de efecto invernadero durante los procesos de extracción. El reciclado de baterías ofrece una solución para ayudar a reducir la demanda de estos recursos y, al mismo tiempo, mitigar su impacto ambiental.

El reciclado puede ayudar a proteger nuestros valiosos recursos manteniéndolos fuera de los vertederos, donde podrían causar daños medioambientales, así como reducir el uso de energía para producir materias primas cuya producción requiere energía cara (lo que contribuye a las emisiones de gases de efecto invernadero) o ayudar a evitar la explotación de trabajadores del tercer mundo que excavan en busca de cobalto u otros minerales en condiciones inseguras.

El método típico para reciclar baterías de iones de litio consiste en triturar y purificar sus componentes para extraer su cátodo. Por desgracia, este método es caro e ineficaz para obtener productos de calidad. Por suerte, los investigadores están desarrollando procesos alternativos que conservan intactos los cátodos para poder venderlos intactos; serán mucho menos costosos y respetuosos con el medio ambiente que sus homólogos tradicionales.

Aunque las pilas de iones de litio suelen poder reciclarse, cada ciclo puede reducir ligeramente su pureza. Por lo tanto, se recomienda a los consumidores que busquen un lugar donde depositar las pilas de litio usadas, ya que, aunque pueden ser lo suficientemente seguras como para desecharlas en el cubo de la basura, las pilas de iones de litio contienen sustancias químicas nocivas que podrían corroer los objetos cercanos si se dejan durante demasiado tiempo. Por lo tanto, utilizar un servicio de reciclaje adecuado o consultar con el fabricante para obtener instrucciones puede garantizar una eliminación segura.

Es más seguro que el nuevo polvo catódico

Las baterías de litio se han convertido en un componente integral de los vehículos eléctricos (VE) y otros productos de energía limpia, pero deben reciclarse de forma responsable para evitar que se conviertan en un peligro de incendio o que liberen sustancias químicas tóxicas en el medio ambiente. Los contenedores de reciclaje azules o amarillos podrían dañarlas durante el proceso y suponer un riesgo de incendio; en su lugar, deben depositarse en uno de los siete Centros de Reciclaje de Baterías y Productos Químicos para el Hogar.

Estos centros están especializados en el reciclaje de pilas de litio que se encuentran en productos como herramientas eléctricas, cámaras digitales, juguetes infantiles, cigarrillos electrónicos y ordenadores portátiles. Además, ofrecen soluciones seguras para deshacerse de las pilas más grandes de vatios-hora utilizadas en coches o casas, pero no pueden aceptar las más pequeñas por ser demasiado peligrosas. Si posee una de estas pilas de gran tamaño y desea reciclarla, visite uno de los siete centros de reciclaje.

Para reciclar una batería de litio primero hay que triturarla y separar de su cátodo los componentes menos caros, como la carcasa de acero de la batería y los circuitos electrónicos. A continuación, los científicos extraen elementos, entre ellos la "masa negra", un extracto compuesto de níquel, cobalto, aluminio y manganeso que contiene metales raros y caros; este polvo puede reacondicionarse y mezclarse con elementos frescos para mejorar el rendimiento, con lo que se ahorran metales raros que de otro modo se habrían desperdiciado.

El reciclaje de las baterías de litio es otra forma estupenda de combatir la escasez mundial de minerales clave como el cobalto y el níquel, cuyo suministro se reduce periódicamente y pone en peligro la eficiencia y la vida útil de los vehículos eléctricos. El reciclaje también puede ayudar a hacer frente a la escasez mundial de minerales como estos, ya que ayuda a satisfacer las demandas de suministro mundial de forma más directa.

Este proceso se asemeja a las técnicas pirometalúrgicas estándar, pero requiere menos energía y producción de residuos que otras técnicas de reciclado. Como alternativa eficaz a la pirometalurgia -que suele consumir mucha energía al tiempo que produce subproductos tóxicos- y a los métodos hidrometalúrgicos (que implican la recuperación de metales por medios químicos), este método presenta mayores tasas de recuperación de metales que esas técnicas por sí solas.

Es más respetuoso con el medio ambiente

El reciclaje de baterías puede ayudar a reducir el impacto ambiental asociado a los vehículos eléctricos y a los dispositivos que utilizan baterías de litio, como los ordenadores portátiles. El reciclaje puede conservar materiales preciosos, proporcionar fuentes de energía renovables y reducir las necesidades de extracción, al tiempo que disminuye el volumen de residuos en los vertederos. Pero, por desgracia, el reciclaje de baterías no está exento de dificultades.

En primer lugar, las pilas deben estar completamente descargadas -ya que las pilas de litio son peligrosas si no se descargan- para poder reciclarlas. Una vez listas para su reciclaje, deben descomponerse y triturarse en trozos pequeños antes de fundirlas o disolverlas para recuperar sus metales - este proceso puede producir polvo en suspensión que contamina el ambiente circundante y puede provocar enfermedades respiratorias; el litio se considera un metal peligroso, por lo que manipularlo con cuidado también es clave.

Investigadores del Instituto Faraday (Reino Unido) son pioneros en un novedoso método de reciclaje de baterías de litio mediante una sonda ultrasónica "similar a la que utilizan los dentistas para limpiar los dientes", explica Gupta. Al enfocar los ultrasonidos sobre las superficies se crean pequeñas burbujas que implosionan y expulsan el revestimiento, lo que permite recuperar cátodos y ánodos que valen importantes sumas de dinero.

Además, el reciclaje ayuda al medio ambiente al reducir las emisiones de carbono procedentes de la minería. Según las estimaciones del Instituto McKinsey, la generalización del reciclaje de pilas podría reducir las emisiones de carbono en 25% por kilovatio-hora. Para que el reciclaje de pilas se lleve a cabo con éxito, es necesario extraer los metales valiosos sin dañar el cátodo ni el ánodo.

Las pilas de litio contienen metales preciosos como el níquel y el cobalto que se utilizan tanto en vehículos eléctricos (VE) como en dispositivos electrónicos, pero es importante tener en cuenta que nunca deben depositarse en los contenedores de reciclaje azules o amarillos: estos peligros de incendio deben eliminarse en instalaciones de reciclaje especializadas. Si necesita reciclar pilas de litio por cualquier motivo, simplemente envuelva sus terminales en cinta no conductora (eléctrica, de embalaje transparente o de conductos) antes de depositarlas en uno de los siete Centros de Reciclaje y Productos Químicos Domésticos de la Autoridad o en los comercios que las acepten para su reciclaje.