Ingeniería

¿Cómo se reciclan las baterías usadas de los coches eléctricos?

Las baterías de iones de litio se reciclan utilizando métodos químicos, térmicos o físicos directos para separar los componentes críticos y reutilizarlos.

El progreso tecnológico y la sostenibilidad son los pilares de nuestra era moderna. Con más personas tomando decisiones ecológicamente conscientes, el orden mundial está experimentando una agitación en áreas que antes se consideraban inquebrantables.

Una de esas áreas es la movilidad eléctrica. Se ha debatido mucho sobre los vehículos eléctricos, si son realmente respetuosos con el medio ambiente y si alguna vez podrán reemplazar a los vehículos de combustibles fósiles. Sin embargo, se sabe poco sobre el reciclaje de baterías. Las baterías, un componente esencial de todos los vehículos eléctricos, también están sujetas a un rápido desarrollo. Como todo, las baterías tienen una vida útil, entonces, ¿qué sucede con ellas cuando llegan al final de su vida útil? ¡Vamos a averiguar!

Duración de la batería

Para empezar, es importante señalar que las baterías de las que hablamos aquí son baterías de iones de litio (Li-ion). Son ampliamente utilizados en casi todos los electrodomésticos, desde dispositivos inalámbricos, o en nuestro caso, automóviles eléctricos. Tienen alta densidad de energía y son recargables.

Con el tiempo, su capacidad para mantener una carga, así como la capacidad de recarga, disminuirá, después de lo cual ya no serán útiles y deberán ser reemplazados. Los paquetes de baterías contienen muchas celdas de iones de litio que están conectadas entre sí y conectadas a un sistema de administración de baterías. Este sistema controla la velocidad de carga y descarga de las celdas individuales del paquete de baterías, lo que maximiza su vida útil.

¿Cómo se reciclan las pilas usadas?

El primer paso para reciclar las baterías de iones de litio es descomponerlas en sus componentes. Observar la anatomía de una batería nos ayudará a comprender cuáles son estos elementos.

Anatomía de una batería de iones de litio

Una batería de iones de litio consta de un ánodo, un cátodo, un separador y un electrolito, todo contenido en una carcasa. No hace falta decir que una celda de iones de litio está hecha de muchos compuestos. Los ánodos suelen estar hechos de grafito, pero el cátodo incluye varios óxidos de litio y fosfuros. Estos también contienen metales de transición como hierro, níquel, manganeso y cobalto.

El cátodo es la parte más valiosa de una batería de iones de litio, porque la mayoría de los cátodos están compuestos de cobalto. Por lo tanto, los esfuerzos de reciclaje implican recuperar el material del cátodo y someterlo a varios procesos de reciclaje. Con el tiempo, sin embargo, los esfuerzos se centraron en recuperar la mayor cantidad de material posible desde el punto de vista económico.

Diferentes formas de reciclar una batería

Actualmente, el reciclaje de baterías se realiza a través de un proceso. Estos incluyen hidrometalurgia, pirometalurgia y reciclaje físico directo.

1. Reciclaje hidrometalúrgico

Este método de reciclaje se basa en gran medida en la lixiviación o el tratamiento con ácidos concentrados. Las baterías se tratan previamente para separar los plásticos y otros materiales utilizados en la batería. El componente del cátodo gastado se trata con varios ácidos para formar una solución de iones metálicos, de la que los metales se pueden eliminar fácilmente. Los ácidos comúnmente usados ​​incluyen ácido clorhídrico y sulfúrico. Cualquier residuo resultante de la reacción se trata de nuevo con ácido; este método puede extraer hasta un 99% de cobalto y litio, y un 98% de cobre.
En técnicas más nuevas, se utilizan ácidos más débiles como el oxálico y el fosfórico, creando elementos como el manganeso y el níquel. Este método es versátil y se puede utilizar para baterías de iones de litio de tipo cobalto y NCM (níquel – cobre – manganeso).

2. Reciclaje de pirometálicos

La palabra «piro» se asocia con altas temperaturas, y la pirometalurgia de reciclaje no es diferente. Las baterías desmontadas se colocan en hornos donde se calientan a temperaturas cada vez mayores. Las temperaturas más bajas provocan la evaporación de los electrolitos (etapa precalentada) y plásticos (etapa pirolizada) en la batería.

La formación de aleaciones metálicas ocurre a las temperaturas más altas en el horno (etapa de fundición). En esta etapa se recuperan metales importantes como el cobalto, el cobre y el níquel, pero se pierde el litio. Este método se diseñó principalmente en torno a baterías que dependen en gran medida del uso de cobalto. Hasta el día de hoy, esta sigue siendo la técnica más confiable para recuperar cobalto de baterías recicladas. Sin embargo, este método está perdiendo relevancia, porque no recupera el litio, y es prácticamente inútil para las baterías sin cobalto.

3. Reciclaje físico directo

En el reciclaje físico, las baterías se desmantelan y se tratan con CO2 en su estado supercrítico (sin estado separado entre líquido y gas). Esto hace que el electrolito se separe. Mientras se recupera el electrolito, las celdas gastadas se descomponen aún más para separar físicamente metales como el cobre y el aluminio.

El material restante es la mayor parte del cátodo y se sinteriza a altas temperaturas para aumentar su densidad energética y rendimiento electroquímico. El reciclaje físico generalmente involucra baterías de iones de litio basadas en hierro y manganeso, que generalmente no contienen cobalto.

¿Qué tan eficientes son las baterías recicladas?

Como las baterías de iones de litio son un nuevo capítulo en la vida de casi todos, se sabe poco sobre ellas. Por lo tanto, se sabe aún menos sobre el reciclaje y la eficiencia de los productos resultantes. Por lo tanto, la percepción común es que las baterías recicladas tienen menos características que las hechas con material virgen.

Sin embargo, eso no es verdad. En varias pruebas, se encontró que el material del cátodo reciclado era más poroso, lo que facilitaba el movimiento de los iones de litio a través del electrolito. También se encontró que tenían densidades de energía similares, y algunos incluso mostraron vidas más largas. Por lo tanto, las baterías recicladas están a la par con sus contrapartes recién extraídas.

Ventajas y desventajas del reciclaje de baterías.

Aunque los beneficios del reciclaje de baterías se basan en la sustentabilidad, cada uno de los tres procesos involucrados en el reciclaje de baterías tiene sus propias ventajas. Al mismo tiempo, existen algunas desventajas para cada proceso, que impiden su implementación a gran escala.

Aunque la hidrometalurgia de reciclaje tiene una alta tasa de recuperación y pureza del producto, es un proceso largo que da como resultado una gran cantidad de generación de aguas residuales. El reciclaje pirometálico, por otro lado, es una operación mucho más simple y más corta. La desventaja es que el proceso consume altos niveles de energía y el litio y el manganeso no se recuperan.
El reciclaje físico directo es, con mucho, el proceso más respetuoso con el medio ambiente, con un tiempo de procesamiento más corto que no consume mucha energía. Sin embargo, el alto costo de recuperación y la recuperación incompleta son sus principales desventajas.

Nota final: ¿Por qué debemos reciclar las baterías?

Un aumento en los dispositivos portátiles y paquetes de baterías significa un gran aumento en la extracción de minerales necesarios para fabricarlos. Con pocos protocolos de reciclaje implementados, las baterías terminan en vertederos como desechos electrónicos tóxicos, lixiviando productos químicos e incluso provocando incendios de combustión lenta.

Si tuviéramos que depender completamente de la minería para obtener materias primas, hay muchas posibilidades de que nos quedemos sin ella, tal como lo estamos haciendo con los combustibles fósiles. La tecnología de reciclaje de baterías promete recuperar casi todos los componentes de una batería, haciéndola no solo sostenible, ¡sino también una industria rentable!

Cristy

Somos entusiastas de los temas científicos, del estudio y el conocimiento. Traemos para ti los casos más curiosos de la ciencia y como pueden ayudarte. Preguntas y respuestas que quizás alguna vez te has hecho, están aquí.

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