Toshiba Corporation ha desarrollado un método para reciclar ánodos de óxido de baterías de iones de litio a bajo coste y con un bajo impacto medioambiental. El Reglamento sobre baterías de la UE, que entró en vigor en agosto de 2023, exige la declaración de la huella de carbono (CFP) y altos niveles de consideración medioambiental durante todo el ciclo de vida del producto, lo que exige una respuesta rápida por parte de las empresas de todo el mundo. Toshiba ha desarrollado un método de reciclaje directo que permite reciclar baterías de iones de litio de ánodo de óxido de alta potencia y larga duración mediante un sencillo proceso de tratamiento térmico, y ha demostrado la eficacia de este método.
El método aprovecha las características de los materiales activos de óxido con estructuras cristalinas estables y utiliza el reciclado directo, que recicla los materiales activos tal como están y sin convertirlos en elementos químicos. El material activo se recubre con una fina lámina metálica denominada lámina colectora de corriente. Este método de reciclado aprovecha la estabilidad de la estructura del material activo y permite separar el material activo de la lámina colectora de corriente del electrodo negativo en ese estado mediante la realización de un sencillo tratamiento térmico.
Como la estructura del material activo es estable, no es necesario recurrir a procesos de reactivación complejos, lo que permite reutilizar los materiales activos a bajo coste. Además, en comparación con los métodos de reciclaje de electrodos convencionales, el método se puede llevar a cabo a temperaturas más bajas, lo que reduce el impacto medioambiental. Al comparar los materiales reciclados mediante este método con los materiales vírgenes que nunca se han utilizado, Toshiba calcula que la huella de carbono (CFP) se reduce hasta en un 85 %.
Además, Toshiba aplicó este método a las baterías de ánodo de óxido de niobio y titanio (NTO) desarrolladas por la empresa. Las evaluaciones de rendimiento de las baterías fabricadas con electrodos reciclados confirmaron que los electrodos mantienen más del 97 % de su capacidad, comparable a la de los electrodos nuevos. Las baterías también mostraron la misma larga vida útil que las baterías nuevas.
Estos resultados han sido publicados en la revista Materiales y tecnologías sostenibles.
Fondo. El reciclaje de materiales de cátodo que contienen cobalto y níquel ha progresado debido a la creciente demanda, pero el reciclaje de grafito, un material común en los ánodos de baterías de iones de litio, no ha avanzado debido a la complejidad de los procesos necesarios para el reciclaje, que surgen de los cambios estructurales y la degradación después del uso a largo plazo, lo que presenta importantes desafíos de costos.
Sin embargo, al igual que los cátodos, los ánodos tienen un CFP definido y existe la necesidad de reducirlo mediante el reciclaje, lo que da lugar a la demanda del desarrollo de un método de reciclaje más simple. Toshiba ha desarrollado baterías con ánodos de óxido que son adecuadas para vehículos comerciales que se espera que se electrifiquen en el futuro, ofreciendo mayor potencia y mayor vida útil que las baterías con ánodos de grafito. Toshiba ha desarrollado un método de reciclaje que aprovecha las características de los ánodos de óxido, que son más fáciles de reciclar en comparación con el grafito.
En el reciclaje de los materiales activos de las baterías, existen métodos como el reciclaje directo, que reutiliza el material activo manteniendo su estructura, y métodos que resintetizan los materiales activos después de descomponerlos en sus elementos y recuperarlos. El reciclaje que implica la descomposición del material activo en elementos químicos requiere energía para resintetizarlo para su uso, mientras que el reciclaje directo no requiere resintetización, lo que reduce tanto el costo como el impacto ambiental, lo que ha estimulado la investigación y el desarrollo en los últimos años.
Características de la tecnología. En vista de estas necesidades, Toshiba ha desarrollado una tecnología de reciclaje directo para baterías de ánodo de óxido de alta potencia y larga duración. Se ha comprobado que esta tecnología separa el material activo de la lámina colectora de corriente de los electrodos del ánodo de óxido, manteniendo al mismo tiempo la estructura y las propiedades del material activo, lo que permite la reutilización directa.
Mantener la estabilidad estructural del material activo durante el proceso de reciclado es importante para lograr un reciclado directo. Entre los materiales de ánodo de óxido, el ánodo de óxido de niobio y titanio (NTO) desarrollado por Toshiba tiene una estructura de material activo estable. Aprovechando esta característica, Toshiba ha desarrollado un método mediante el cual el tratamiento térmico descompone el componente aglutinante que fija el NTO dentro del ánodo, lo que permite separarlo de la lámina colectora de corriente y facilitar su separación y recuperación.
Además, este método permite el procesamiento a temperaturas más bajas en comparación con los tratamientos térmicos que se utilizan normalmente en el reciclaje de electrodos, y el material activo recuperado se puede reutilizar directamente después de eliminar las impurezas.
Toshiba ha fabricado electrodos utilizando NTO reciclado a partir de residuos de electrodos simulados producidos durante los procesos de fabricación de baterías, así como de baterías con degradación simulada hasta el final de su vida útil. Tras evaluar su rendimiento en baterías, se confirmó que la capacidad de material activo, un indicador del rendimiento del material activo, mantiene un rendimiento superior al 97%, comparable a una batería nueva.
Además, se confirmó que incluso después de repetidas cargas y descargas, estas baterías recicladas conservan una capacidad equivalente a la de las baterías nuevas, lo que garantiza una larga vida útil.
Futuros desarrollos. En primer lugar, Toshiba se centrará en establecer métodos de reciclaje dirigidos a materiales de desecho, como los restos de electrodos producidos en las fábricas. De cara a la fase en la que se recojan las baterías usadas del mercado, Toshiba pretende establecer un marco para incorporar materiales reciclados en los productos y desarrollar un plan de reciclaje para recuperar y reciclar las celdas de ánodo NTO del mercado.
Fuente de Congreso de coches ecológicos
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