As baterias de íons de lítio estão no centro de quase todos os veículos elétricos, laptops ou smartphones, e são essenciais para armazenar energia renovável diante da emergência climática. No entanto, todas as atuais operações de mineração do mundo não conseguem extrair lítio e outros minerais importantes em quantidades suficientes para compensar a crescente procura por essas baterias. Estabelecer uma nova mina é um esforço caro que dura anos, além de uma série de dores de cabeça ambientais – como o esgotamento dos recursos hídricos locais ou poluição na região com detritos de escoamento – que têm conduzido a protestos contra a abertura de novas minas.
Estas questões realçam que a capacidade de reciclar as baterias existentes é crucial para mudar de forma sustentável o sistema global de energia. Os fabricantes de baterias de íons de lítio hesitaram sobre a capacidade dos produtos reciclados, temendo poder ter uma qualidade inferior aos construídos a partir de minerais recém-extraídos, levando potencialmente a uma vida útil mais curta da bateria. As consequências podem ser graves, principalmente num veículo elétrico.
Uma pesquisa publicada na revista ‘Joule’ encontrou um método de reciclagem para o cátodo – o cristal cuidadosamente trabalhado que é o componente mais caro da bateria de íons de lítio e a chave para fornecer a voltagem adequada – que funciona tão bem como aqueles com o cátodo feito do zero. Aliás, funcionam melhor, segundo os investigadores, que duram mais tempo e carregam mais rápido. A abordagem da equipa e a demonstração bem-sucedida são “muito únicas e impressionantes”, diz Kang Xu, eletroquímico do Laboratório de Pesquisa do Exército dos EUA, que não esteve envolvido no estudo.
O Departamento de Energia estimou que o mercado de baterias pode crescer 10 vezes na próxima década. Para aliviar as dores de crescimento do mercado, a “reciclagem de baterias de íons de lítio – trazendo esse material de volta à cadeia de abastecimento – é fundamental”, referiu Dave Howell, diretor do Departamento de Tecnologias de Veículos do DOE (Departamento de Energia dos Estados Unidos), que financiou a nova pesquisa como parte de um enorme esforço para estimular inovações de reciclagem de baterias em larga escala nos EUA.
Quando uma bateria de íons de lítio está a fornecer energia, um aglomerado de íons de lítio move-se de uma “gaiola” cristalina (o ânodo) para outra (o cátodo). Os métodos mais comuns usados atualmente para reciclar essas baterias envolvem desmontar e triturar toda a bateria, depois derretê-la ou dissolvê-la em ácido. O resultado é uma massa negra da qual elementos químicos ou compostos simples podem ser recuperados.
Wang e os seus colegas usam um processo muito semelhante – mas em vez de destruir completamente a bateria, mantêm intacta parte da composição crucial do antigo cátodo. Depois de destruir a bateria, removem fisicamente os bits mais baratos (como os circuitos eletrónicos e o invólucro de aço da bateria), que são reciclados separadamente. O que resta é principalmente o material catódico – são adicionados cuidadosamente elementos frescos que compõem o cátodo, como níquel e cobalto, para garantir que a proporção de ingredientes seja a correta. Como um cátodo é fabricado a partir de uma mistura precisa de minerais preciosos para atingir a voltagem específica da bateria, pequenas alterações na sua estrutura podem comprometer o seu desempenho. Esse valor é perdido se a bateria inteira for simplesmente derretida ou dissolvida de uma só vez, como nos métodos atuais de reciclagem.
Comparando o pós de cátodo, os investigadores descobriram que o reciclado era mais poroso – característica que abre espaço para o cristal do cátodo inchar ligeiramente com os íons de lítio, abrindo espaço de manobra para que o cristal não rache tão facilmente quanto os cátodos construídos do zero. Esse rachar é uma das principais causas da degradação da bateria ao longo do tempo. Mas mais poros significam áreas de superfície mais expostas, onde as reações químicas necessárias para o carregamento podem acontecer – o que significa uma velocidade de carregamento superior às contrapartes fabricadas comercialmente.
Esta nova abordagem de reciclagem elimina uma parte significativa dos requisitos de comércio e transporte internacionais, abrindo um caminho potencial para diversos países reforçarem a reciclagem doméstica de baterias.
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