Cómo reciclar las baterías con limón
Científicos chinos desarrollan un nuevo método presentan una nueva tecnología con ácido cítrico para la filtración, separación y recuperación de metales de las baterías de litio.
Por Enrique Coperías
Imagen conceptual de una batería usada rodeada de limones, una fuente de ácido cítrico.
Un nuevo proceso sencillo, muy eficaz, barato y respetuoso con el medioambiente podría proporcionar una vía viable para el reciclado sostenible de las baterías de iones de litio (BIL) agotadas. En la nueva estrategia de reciclaje no es necesario añadir más productos químicos que el ácido cítrico, como el que contienen los limones y las naranjas, para separar más del 99 % de los metales litio, níquel, cobalto y manganeso contenidos en las baterías NCM. Esta son baterías de iones de con un cátodo compuesto por un 80% de níquel, un 10% demanganeso y un 10% de cobalto
El material reciclado resultante puede convertirse directamente en electrodos de NCM, según informa un equipo de investigación en la revista Angewandte Chemie International Edition.
Desde los móviles hasta los vehículos eléctricos, las baterías de iones de litio están omnipresentes en nuestra vida cotidiana. También son un componente importante de nuestra transición a las energías renovables, ya que se utilizan para almacenar el exceso de energía solar y eólica y devolverla a la red eléctrica cuando se demanda.
Contienen metales pesados peligrosos y otros materiales nocivos
El inconveniente es que su limitada vida útil da lugar a un gran número de baterías de litio gastadas que contienen metales pesados peligrosos y otros materiales nocivos. Además, los recursos metálicos se están agotando.
La mayoría de los procesos de reciclado adolecen de un elevado consumo de energía, altas emisiones y un material recuperado limitado o de baja calidad. O bien requieren grandes cantidades de productos químicos, complicados de conseguir y costosos, y producen gases tóxicos y vertidos.
La lixiviación —proceso por el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido, mediante la utilización de un disolvente líquido— con ácidos biocompatibles, como el ácido cítrico, es una alternativa a estos procesos. Sin embargo, los procedimientos convencionales —proceso de quelación-gel— requieren un exceso importante del ácido, y el valor del pH debe ajustarse constantemente con amoníaco, lo que resulta complicado y poco respetuoso con el medioambiente.
Un sándwich de iones de litio
Un equipo de investigadores procedentes de diferentes universidades chinas, dirigido por Guangmin Zhou y Ruiping Liu, ha desarrollado un novedoso método basado en el ácido cítrico para la lixiviación, separación y recuperación de metales de cátodos de NCM. Como ya se ha avanzado, el NCM es un óxido mixto que contiene níquel, cobalto y manganeso en una estructura laminar. Los iones de litio están encerrados entre las capas.
El truco de su método es el siguiente: en lugar de aplicar un exceso de ácido cítrico como los métodos convencionales, utilizan una cantidad relativamente pequeña. De este modo, solo se disocian dos de los tres grupos ácidos del ácido cítrico. Los protones liberados rompen los enlaces litio-oxígeno, liberando iones de litio del NCM a la solución.
También se rompen los enlaces entre los otros iones metálicos y los iones oxígeno. El níquel, el cobalto y el manganeso entran en la solución, donde los aniones de ácido cítrico los unen en complejos estables. A continuación, el tercer grupo ácido del ácido cítrico reacciona con el grupo hidroxilo de la misma molécula. Se produce un cierre del anillo en una reacción de esterificación intramolecular, conocida como esterificación de Fischer-Speier.
Esto facilita la reacción de los productos intermedios entre sí para formar un poliéster, que se gelifica en partículas sólidas que pueden separarse fácilmente. El consumo de energía y las emisiones de CO2 son significativamente menores que en los procesos hidrometalúrgicos de reciclado convencionales, afirman Zhou y Liu en Angewandte Chemie International Edition.
Posteriormente, el gel puede calentarse para quemar el fragmento orgánico. El resultado es una nueva estructura laminar de NCM con iones de litio incluidos, que puede utilizarse como material de electrodos de alta calidad. Así de sencillo. ▪️
Información facilitada por Wiley
Fuente: Miaomiao Zhou, Ji Shen, Yinze Zuo, Ruiping Liu, Jianjun Zhao, Guangmin Zhou. The Fischer-Lactonization-Driven Mechanism for Ultra-Efficient Recycling of Spent Lithium-Ion Batteries. Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202414484
