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Baterias de íons de lítio usadas em celulares, laptops e um número crescente de veículos elétricos estão se acumulando, mas as opções de reciclagem ainda se limitam à incineração ou à dissolução química das baterias danificadas. Os métodos atuais podem criar problemas ambientais e são difíceis de produzir economicamente em escala industrial.
Os processos tradicionais reciclam alguns materiais de baterias e dependem de álcalis cáusticos, ácidos inorgânicos e produtos químicos perigosos que podem introduzir impurezas. A extração de metais críticos também requer separação e precipitação complexas. No entanto, a reciclagem de metais como cobalto e lítio pode reduzir a poluição, a dependência de fontes estrangeiras e o congestionamento das cadeias de suprimentos.
Pesquisadores do Laboratório Nacional de Oak Ridge, do Departamento de Energia dos EUA, aperfeiçoaram um método de dissolução de baterias em uma solução líquida para reduzir a quantidade de produtos químicos perigosos usados ​​no processo. A pesquisa foi publicada na revista Energy Storage Materials.
A solução simples, eficaz e ecológica desenvolvida pelos pesquisadores do ORNL supera os principais obstáculos encontrados com métodos anteriores.
Baterias usadas são imersas em uma solução de ácido cítrico orgânico (encontrado naturalmente em frutas cítricas) dissolvido em etilenoglicol, um anticongelante comumente usado em produtos de consumo como tintas e cosméticos. O ácido cítrico vem de fontes sustentáveis ​​e é mais seguro de manusear do que ácidos inorgânicos. Essa solução ecológica proporciona um processo extremamente eficiente para separar e reciclar metais no eletrodo de carga positiva da bateria, chamado cátodo.
“Como o cátodo contém materiais críticos, ele é a parte mais cara de qualquer bateria, respondendo por mais de 30% do seu custo”, disse Yaokai Bai, membro do grupo de pesquisa de baterias do ORNL. “Nossa abordagem pode reduzir os custos das baterias ao longo do tempo.” O estudo foi conduzido na unidade de fabricação de baterias do Laboratório Nacional de Oak Ridge, a maior instalação a céu aberto de pesquisa e desenvolvimento de baterias dos Estados Unidos.
A tecnologia de processamento desenvolvida permite que quase 100% do cobalto e do lítio sejam lixiviados do cátodo sem introduzir impurezas no sistema. Ela também é capaz de separar eficazmente soluções metálicas de outros resíduos. O melhor de tudo é que sua função secundária é recuperar mais de 96% do cobalto em poucas horas sem a adição de produtos químicos adicionais, o que costuma ser um processo manual complexo para equilibrar os níveis de acidez.
“Esta é a primeira vez que um sistema de solução abrange as funções de lixiviação e processamento”, disse o pesquisador principal Lu Yu. “Foi interessante verificar que o cobalto precipitou e sedimentou sem maiores perturbações. Não esperávamos isso.”
A eliminação da necessidade de produtos químicos adicionais reduz custos e evita a geração de subprodutos ou resíduos secundários. "Estamos entusiasmados que este processo de reciclagem desenvolvido por nossos cientistas possa abrir caminho para uma reciclagem mais ampla de materiais essenciais para baterias", disse Ilyas Belharouaq, pesquisador corporativo e diretor da Divisão de Eletrificação do Laboratório Nacional de Oak Ridge.
Bai disse que as propriedades de lixiviação do ácido cítrico e do etilenoglicol já foram estudadas antes, mas esse método usava mais ácido e temperaturas mais baixas e era menos eficaz.
"Ficamos surpresos com a rapidez com que saiu da solução", disse Bai. "Com ácidos orgânicos, geralmente leva de 10 a 12 horas, mas este levou apenas uma hora." Soluções tradicionais que usam ácidos inorgânicos também são mais lentas porque contêm água, cujo ponto de ebulição limita a temperatura da reação.
Mais informações: Lu Yu et al., Separação e coprecipitação eficientes para reciclagem simplificada de cátodos, Energy Storage Materials (2023). DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103025
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