Os desafios da reciclagem de baterias de lítio

As baterias de lítio que não são recicladas adequadamente podem liberar metais tóxicos no meio ambiente, que podem ser inalados pelos pulmões e causar problemas de saúde, como problemas cardiovasculares e pulmonares.

A maioria das baterias de lítio é reciclada triturando-as até a forma de pó antes de serem fundidas (pirometalurgia) ou dissolvidas em ácido (hidrometalurgia). Ambos os processos consomem grandes quantidades de energia e emitem gases de efeito estufa no meio ambiente.

O pó de catodo reciclado é mais poroso do que o pó de catodo fabricado comercialmente

Os cátodos são o núcleo de todas as baterias de íons de lítio, responsáveis por sua voltagem e desempenho. Para produzir cátodos de alta qualidade, os materiais devem ter alta porosidade (área de superfície que permite que os íons de lítio se movam entre o ânodo e o cátodo), de modo que cátodos mais porosos significam maior capacidade de armazenamento de energia - na verdade, um estudo descobriu que o pó de cátodo reciclado era mais poroso do que o pó de cátodo fabricado comercialmente e, portanto, permitia que as baterias montadas com material reciclado tivessem desempenho semelhante ao das baterias feitas com materiais virgens.

A pesquisa foi realizada na Universidade da Califórnia, em Irvine, por pesquisadores liderados por Nikhil Gupta. Com base em trabalhos anteriores que mostraram que o uso de material de cátodo reciclado poderia aumentar a eficiência da bateria e estender o tempo de operação das baterias de íon-lítio, eles utilizaram um novo processo para produzir pó de cátodo que era mais de três vezes mais poroso do que o método tradicional. O cisalhamento, a moagem, a lixiviação ácida, a classificação por tamanho de partícula, a química e o processamento resultam em cátodos de alto desempenho que são então misturados com eletrólitos líquidos e processados antes de serem misturados novamente para formar cátodos de alto desempenho que produzem cátodos de alto desempenho que duram mais tempo em uso em comparação com os métodos de produção tradicionais usados a partir de fontes recicladas.

As baterias de íons de lítio requerem um eletrólito líquido para conduzir os íons entre o ânodo e o cátodo, conhecido como eletrólito. Geralmente composto de sal inorgânico dissolvido em solventes orgânicos não aquosos, como carbonato de propileno ou misturas de carbonatos de etileno com carbonatos alifáticos, como dimetil, dietil e etilmetilcarbonatos, esse elemento desempenha um papel essencial no desempenho da bateria. Para um desempenho ideal da bateria, ele deve garantir uma interface de baixa resistência para um desempenho eficiente da bateria - a seleção de um eletrólito é de importância fundamental para o desempenho da bateria.

Tradicionalmente, a reciclagem de baterias de lítio envolve a trituração mecânica e a fusão ou a dissolução em ácido. Infelizmente, esses processos exigem quantidades excessivas de eletricidade para operar, além de produzir uma massa pesada de metais que é difícil de reciclar. Em vez disso, esta pesquisa propõe a "reciclagem direta do cátodo", uma alternativa que economiza energia.

A reciclagem direta do cátodo envolve a desmontagem de uma bateria em seus elementos individuais e a classificação deles com base em suas propriedades físicas. Primeiro, o cisalhamento é realizado sob atmosfera inerte; em seguida, os materiais são triturados e moídos em frações finas para fins de separação e purificação. Esse processo remove impurezas, como alumínio e cobre, que poderiam inibir o desempenho, bem como íons de metais de transição, como Ni2+ e Co2+, da solução, deixando para trás apenas sais de lítio e grafite como produtos finais.

É mais barato do que o novo pó catódico

As baterias de íon-lítio usadas em carros elétricos e smartphones, bem como em brinquedos infantis, cigarros eletrônicos e laptops, muitas vezes podem ser recicladas; no entanto, o processo pode ser complicado e caro, o que tem dissuadido muitas empresas de iniciar um negócio de reciclagem; no entanto, os pesquisadores estão trabalhando em soluções para tornar a reciclagem mais simples, mais barata, mais rápida e mais ecológica.

As baterias de lítio são construídas com vários materiais, incluindo cobre e cobalto. Embora esses metais sejam essenciais para a produção de baterias, sua extração pode ser perigosa devido à produção de resíduos tóxicos, além de contribuir para a mudança climática por meio da emissão de gases de efeito estufa durante os processos de mineração. A reciclagem de baterias oferece uma solução para ajudar a diminuir a demanda por esses recursos e, ao mesmo tempo, mitigar seu impacto ambiental.

A reciclagem pode ajudar a proteger nossos valiosos recursos, mantendo-os fora dos aterros sanitários, onde poderiam causar danos ambientais, além de reduzir o uso de energia para produzir matérias-primas que requerem energia cara para serem produzidas (o que contribui para as emissões de gases de efeito estufa) ou ajudar a evitar a exploração de trabalhadores de países do terceiro mundo que buscam cobalto ou outros minerais em condições inseguras.

O método típico de reciclagem de baterias de íons de lítio envolve a trituração e a purificação de seus componentes para extrair o cátodo. Infelizmente, isso é caro e ineficaz para produzir produtos de qualidade. Felizmente, os pesquisadores estão desenvolvendo processos alternativos que preservam os cátodos intactos para que possam ser vendidos intactos; esses processos serão muito mais baratos e ecológicos do que seus equivalentes tradicionais.

Embora as baterias de íon-lítio possam ser recicladas com frequência, cada ciclo pode reduzir um pouco a sua pureza. Portanto, recomenda-se que os consumidores encontrem um local de entrega para as baterias de lítio usadas - embora possam ser seguras o suficiente para o descarte diário na lixeira, as baterias de íon-lítio contêm substâncias químicas nocivas que podem corroer objetos próximos se forem deixadas por muito tempo. Portanto, usar um serviço de reciclagem apropriado ou consultar o fabricante para obter instruções pode garantir o descarte seguro.

É mais seguro do que o novo pó catódico

As baterias de lítio se tornaram um componente integral dos veículos elétricos (EVs) e de outros produtos de energia limpa, mas devem ser recicladas de forma responsável para evitar riscos de incêndio ou vazamento de produtos químicos tóxicos no meio ambiente. Os centros de reciclagem de baterias devem ser utilizados em vez de jogar as baterias fora; as lixeiras de reciclagem azuis ou amarelas podem danificá-las durante o processamento e representar risco de incêndio; em vez disso, elas devem ser deixadas em um dos sete Home Chemical and Battery Recycling Centers.

Esses centros são especializados na reciclagem de baterias de lítio encontradas em produtos como ferramentas elétricas, câmeras digitais, brinquedos infantis, cigarros eletrônicos e laptops. Além disso, eles oferecem soluções de descarte seguro para baterias maiores de watt-hora usadas em carros ou residências, mas não podem aceitar baterias menores de watt-hora por serem muito perigosas. Se você possui uma dessas baterias grandes de watt-hora e deseja reciclá-la, visite um dos sete centros de reciclagem!

A reciclagem de uma bateria de lítio envolve primeiro triturá-la e separar os componentes menos caros, como o invólucro de aço da bateria e os circuitos eletrônicos, de seu cátodo. Em seguida, os cientistas extraem elementos, incluindo a "Black Mass", um extrato composto de níquel, cobalto, alumínio e manganês que contém metais raros e caros; esse pó pode ser recondicionado e misturado com novos elementos para melhorar o desempenho, economizando assim metais raros que, de outra forma, seriam desperdiçados.

A reciclagem de baterias de lítio é outra ótima maneira de combater a escassez global de minerais importantes, como cobalto e níquel, que têm crises periódicas de fornecimento que ameaçam a eficiência e a vida útil dos EVs. A reciclagem também pode ajudar a solucionar a escassez global de minerais como esses, ajudando a atender às demandas de fornecimento global de forma mais direta.

Esse processo se assemelha às técnicas pirometalúrgicas padrão, mas requer menos energia e produção de resíduos do que outras técnicas de reciclagem. Como uma alternativa eficaz à pirometalurgia - que normalmente consome energia significativa e produz subprodutos tóxicos - e aos métodos de hidrometalurgia (que envolvem a recuperação de metais por meios químicos), esse método tem taxas de recuperação de metais maiores do que essas técnicas isoladamente.

É mais amigável ao meio ambiente

A reciclagem de baterias pode ajudar a reduzir os impactos ambientais associados a veículos elétricos (EVs) e dispositivos que usam baterias de lítio, como laptops. A reciclagem pode conservar materiais preciosos, fornecer fontes de energia renováveis e diminuir as necessidades de mineração, ao mesmo tempo em que reduz o volume de resíduos em aterros sanitários. Infelizmente, porém, a reciclagem de baterias tem seus desafios.

Primeiro, as baterias devem estar totalmente descarregadas - já que as baterias de lítio são perigosas se não forem suspensas - para que possam ser recicladas. Uma vez prontas para a reciclagem, elas devem ser quebradas e trituradas em pequenos pedaços antes de serem derretidas ou dissolvidas para recuperar seus metais - esse processo pode produzir poeira no ar que contamina o ambiente ao redor e pode resultar em doenças respiratórias; o lítio é considerado um metal perigoso, portanto, manuseá-lo com cuidado também é fundamental.

Pesquisadores da Faraday Institution, no Reino Unido, são agora pioneiros em um novo método de reciclagem de baterias de lítio, usando uma sonda ultrassônica "semelhante à que os dentistas usam para limpar os dentes", diz Gupta. O foco do ultrassom nas superfícies cria bolhas minúsculas que implodem e desprendem o revestimento, permitindo a recuperação de cátodos e ânodos que valem quantias significativas de dinheiro.

Além disso, a reciclagem ajuda o meio ambiente ao reduzir as emissões de carbono da mineração. De acordo com as estimativas do McKinsey Institute, a reciclagem generalizada de baterias poderia reduzir as emissões de carbono em 25% por quilowatt-hora. Para que a reciclagem de baterias seja bem-sucedida, a extração de metais valiosos sem danificar o cátodo ou o ânodo deve ser bem-sucedida.

As baterias de lítio contêm metais preciosos como níquel e cobalto que são usados em veículos elétricos (EVs) e dispositivos eletrônicos, mas é importante ter em mente que elas nunca devem ser colocadas em lixeiras de reciclagem azuis ou amarelas - esses riscos de incêndio devem ser tratados em instalações de reciclagem especializadas. Se precisar reciclar baterias de lítio por qualquer motivo, basta embrulhar seus terminais em fita não condutora (elétrica, de embalagem transparente ou adesiva) antes de entregá-las em um dos sete Home Chemical and Recycling Centers da Authority ou em varejistas que as aceitem para reciclagem.