Investigadores de la Universidad de California en San Diego han creado un procedimiento novedoso para recuperar baterías agotadas de automóviles eléctricos. El método transforma los cátodos de fosfato de hierro y litio (LFP) en un material de mayor rendimiento, conocido como LMFP, que almacena más energía que el compuesto original. Este avance, publicado en la revista Joule, busca reducir el volumen creciente de desechos de baterías y, al mismo tiempo, producir acumuladores más eficientes.
A diferencia del reciclaje convencional, que emplea altas temperaturas o químicos agresivos, este nuevo sistema logra escalarse a cantidades de kilogramos y fue probado con baterías LFP de distintos fabricantes.
Las baterías LFP son las más usadas en vehículos eléctricos y en sistemas de almacenamiento a escala de red por su seguridad, durabilidad y bajo costo, ya que no requieren metales costosos como cobalto o níquel. Hoy representan casi la mitad del mercado global de baterías de ion‑litio, lo que hace urgente su reciclaje conforme llegan al final de su vida útil.
Reciclaje que potencia el material original
El procedimiento no descompone por completo las baterías gastadas para recuperar químicos básicos. En cambio, toma el cátodo usado y lo convierte en un producto de mayor valor.
Wei Li, investigador posdoctoral en el laboratorio de Zheng Chen de la Escuela de Ingeniería Jacobs, señaló que los procesos actuales “no son ambientalmente amigables”. Agregó que “consumen mucha energía y generan grandes cantidades de residuos y emisiones”.
El equipo ya había desarrollado un método para restaurar LFP usado, pero aquel solo conservaba la química original sin mejorarla. Li resumió la limitación: “Después de la regeneración, seguía siendo LFP”.
La nueva técnica avanza un paso más al convertir ese material en LMFP. Chen afirmó que eso “podría ofrecer un uso final de más valor para las baterías usadas”.
Pasos para convertir el cátodo agotado
El proceso comienza con la apertura de los paquetes de baterías usadas y el despliegue de su estructura enrollada, llamada “jelly roll”. Una vez desenrollado y cortado en láminas, el material se sumerge en agua; una agitación mecánica suave separa el recubrimiento del cátodo de la lámina de aluminio que lo sostiene.
Li indicó que la lámina de aluminio también puede reciclarse por separado. El residuo resultante es un material negro y lodoso que contiene el cátodo LFP agotado; tras retirar el agua, se seca y muele hasta obtener un polvo negro.
A ese polvo se le añaden litio, manganeso y sales de fosfato, elementos necesarios para convertir LFP en LMFP. El obstáculo era estructural: esas sales poseen una estructura cristalina distinta a la del LFP y no pueden mezclarse de forma natural.
Li explicó: “Sus estructuras son incompatibles”. Añadió que, al mezclarlas directamente, “la distribución atómica del producto final no sería uniforme y tendría un peor rendimiento electroquímico”.
LMP: el puente que soluciona la incompatibilidad
La estrategia del equipo fue crear un material intermedio denominado fosfato de litio y manganeso (LMP). A diferencia de las sales originales, el LMP tiene una estructura cristalina muy parecida a la del LFP, lo que vuelve compatibles a ambos materiales.
Para lograrlo, la mezcla de polvo con LFP usado y las sales se muele mecánicamente hasta obtener partículas más finas. Ese paso distribuye los ingredientes de manera uniforme y los pone en contacto cercano antes del calentamiento.
Luego, el polvo se aísla y se calienta. Chen describió ese momento como la etapa en la que ocurre “la química emocionante”.
Durante el calentamiento, las sales reaccionan primero para formar LMP. Como el LMP y el LFP comparten estructuras cristalinas casi idénticas, pueden combinarse con mucha más uniformidad que los ingredientes originales.
A medida que el calentamiento continúa, los átomos de manganeso se dispersan por el material y reemplazan parte de los átomos de hierro. Esa reorganización convierte la mezcla en una única estructura uniforme de LMFP.
En esa misma etapa se forma alrededor de cada partícula una fina capa de carbono. Ese recubrimiento mejora la conductividad eléctrica y protege el material durante los ciclos repetidos de carga y descarga.
El resultado final es un material reciclado que almacena más energía que el LFP original y conserva su durabilidad y seguridad. El desempeño fue consistente tanto en baterías de laboratorio de tipo moneda como en celdas tipo pouch, similares a las que se emplean en vehículos eléctricos comerciales y sistemas de almacenamiento energético.
Los próximos pasos del equipo incluyen optimizar la eficiencia y el rendimiento del proceso para mejorar su viabilidad industrial. Los investigadores también planean controlar con mayor precisión la morfología y la composición durante el reciclaje para aumentar todavía más el rendimiento del producto final.
Fuente: Infobae
