A Toshiba Corporation desenvolveu um método para reciclar ânodos de óxido de bateria de íons de lítio a baixo custo e com baixo impacto ambiental. O Regulamento de Baterias da UE, que entrou em vigor em agosto de 2023, exige a declaração de pegadas de carbono (CFP) e altos níveis de consideração ambiental durante todo o ciclo de vida do produto, exigindo uma resposta rápida de empresas em todo o mundo. A Toshiba desenvolveu um método de reciclagem direta que permite a reciclagem de baterias de íons de lítio de ânodo de óxido de alta potência e longa vida útil por meio de um processo simples de tratamento térmico e demonstrou a eficácia desse método.
O método aproveita as características de materiais ativos de óxido com estruturas cristalinas estáveis e utiliza reciclagem direta, que recicla materiais ativos como eles são e sem revertê-los para elemento químico. O material ativo é revestido em uma fina folha de metal chamada de folha coletora de corrente. Este método de reciclagem utiliza a estabilidade da estrutura do material ativo e permite que o material ativo seja separado da folha coletora de corrente do eletrodo negativo naquele estado, realizando um tratamento térmico simples.
Como a estrutura do material ativo é estável, não há necessidade de processos complexos de reativação, permitindo assim a reutilização de materiais ativos a baixo custo. Além disso, comparado aos métodos convencionais de reciclagem de eletrodos, o método pode ser realizado em temperaturas mais baixas, reduzindo assim o impacto ambiental. Comparando materiais reciclados usando este método com materiais virgens que nunca foram usados, a Toshiba estima uma redução de até 85% na pegada de carbono (CFP).
Além disso, a Toshiba aplicou esse método às baterias de ânodo de óxido de titânio e nióbio (NTO) desenvolvidas pela empresa. As avaliações de desempenho de baterias feitas com eletrodos reciclados confirmaram que os eletrodos mantêm mais de 97% da capacidade, comparável a eletrodos novos. As baterias também mostraram a mesma vida útil longa que as baterias novas.
Esses resultados foram publicados na revista Materiais e tecnologias sustentáveis.
Fundo. A reciclagem de materiais catódicos contendo cobalto e níquel progrediu devido à crescente demanda, mas a reciclagem de grafite, um material comum de ânodo de bateria de íons de lítio, não avançou devido à complexidade dos processos necessários para a reciclagem, que surgem de mudanças estruturais e degradação após uso a longo prazo, apresentando desafios de custo significativos.
No entanto, assim como os cátodos, os ânodos têm um CFP definido e há uma necessidade de reduzi-lo por meio da reciclagem, dando origem a uma demanda pelo desenvolvimento de um método de reciclagem mais simples. A Toshiba desenvolveu baterias com ânodos de óxido que são adequadas para veículos comerciais que devem ser eletrificados no futuro, oferecendo maior potência e vida útil mais longa do que baterias com ânodos de grafite. A Toshiba desenvolveu um método de reciclagem que aproveita as características dos ânodos de óxido, que são mais fáceis de reciclar em comparação com o grafite.
Na reciclagem de materiais ativos de baterias, há métodos como a reciclagem direta, que reutiliza o material ativo mantendo sua estrutura, e métodos que ressintetizam materiais ativos após quebrá-los em seus elementos e recuperá-los. A reciclagem que envolve quebrar o material ativo em elementos químicos requer energia para ressintetizá-lo para uso, enquanto a reciclagem direta não requer ressíntese, reduzindo assim o custo e o impacto ambiental, o que estimulou a pesquisa e o desenvolvimento nos últimos anos.
Características da tecnologia. À luz dessas necessidades, a Toshiba desenvolveu uma tecnologia de reciclagem direta para baterias de ânodo de óxido de alta potência e longa vida útil. Essa tecnologia foi verificada para separar o material ativo da folha de coleta de corrente dos eletrodos de ânodo de óxido, mantendo a estrutura e as propriedades do material ativo, permitindo, assim, a reutilização direta.
Manter a estabilidade estrutural do material ativo durante o processo de reciclagem é importante para atingir a reciclagem direta. Entre os materiais de ânodo de óxido, o ânodo de óxido de titânio e nióbio (NTO) desenvolvido pela Toshiba tem uma estrutura de material ativo estável. Aproveitando essa característica, a Toshiba desenvolveu um método pelo qual o tratamento térmico decompõe o componente ligante que prende o NTO dentro do ânodo, permitindo a remoção da folha coletora de corrente e fácil separação e recuperação.
Além disso, esse método permite o processamento em temperaturas mais baixas em comparação com os tratamentos térmicos normalmente usados na reciclagem de eletrodos, e o material ativo recuperado pode ser reutilizado diretamente após a remoção de impurezas.
A Toshiba fabricou eletrodos usando NTO reciclado de resíduos de eletrodos simulados produzidos durante processos de fabricação de baterias, bem como de baterias com degradação simulada até o fim de sua vida útil. Após avaliar seu desempenho em baterias, foi confirmado que a capacidade do material ativo, um indicador do desempenho do material ativo, mantém mais de 97% de desempenho, comparável a uma bateria nova.
Além disso, foi confirmado que, mesmo após repetidas cargas e descargas, essas baterias recicladas mantêm uma capacidade equivalente às baterias novas, garantindo uma longa vida útil.
Desenvolvimentos futuros. Primeiro, a Toshiba se concentrará em estabelecer métodos de reciclagem visando materiais residuais, como restos de eletrodos produzidos em fábricas. Olhando para a fase em que as baterias usadas são coletadas do mercado, a Toshiba pretende estabelecer uma estrutura para incorporar materiais reciclados em produtos e desenvolver um esquema de reciclagem para recuperar e reciclar células de ânodo NTO do mercado.
Retirado de Congresso de carros verdes
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