El rápido crecimiento de los vehículos eléctricos (EV) ha provocado tanto la emoción como la preocupación.
Los EV están reduciendo las emisiones del transporte, pero también plantean desafíos inminentes. ¿Qué harán con la gran cantidad de baterías una vez que lleguen al final de sus vidas?
Muchas de las baterías de iones de litio actuales se convierten en vertederos, produciendo desechos tóxicos y desechos de recursos valiosos.
Sin embargo, un equipo de investigadores en el MIT puede haber encontrado una solución que cambia el juego que puede convertir el reciclaje de baterías EV.
Repensar el diseño de la batería desde cero
Tradicionalmente, la industria de las baterías se ha centrado en maximizar el rendimiento primero, y desde entonces ha abordado los desafíos del reciclaje más tarde.
Esto ha resultado en baterías hechas de estructuras complejas y materiales peligrosos que son extremadamente difíciles de descomponer.
El equipo del MIT tomó el enfoque opuesto. En lugar de diseñar una batería de alto rendimiento primero, comenzaron con una pregunta: ¿qué pasaría si pudiera construir una batería desde el principio que se construyó para ser reciclada fácilmente?
Su respuesta se encuentra en un nuevo tipo de material de autoensamblaje que funciona como un electrolito. Esta es la parte de la batería que transporta iones de litio entre los electrodos.
A diferencia de los electrolitos tradicionales que se descomponen en subproductos inflamables y tóxicos, este nuevo material puede disolver rápidamente en líquidos orgánicos simples.
Una vez disuelto, toda la batería esencialmente se desmorona, separa los componentes y los reciclan fácilmente.
Cómo funcionan los materiales autoorganizadores
El nuevo material electrolítico está hecho de una molécula llamada eje de aramida (AAS), que es químicamente similar a Kevlar.
Estas moléculas autoensamblaje en una fuerte estructura de nanoribón que permanece estable al introducir iones de litio.
Para mejorar la conductividad, los investigadores agregaron glicol de polietemio (PEG) a las moléculas, creando una vía a través de la cual los iones viajan a través de la batería.
Empujados juntos, los nanoribbons forman un electrolito sólido duradero que puede soportar el estrés del uso de batería regular. Sin embargo, la magia ocurre cuando la batería alcanza su vida útil.
Cuando se sumergen en un disolvente orgánico, los nanoribones se descomponen en cuestión de minutos y el electrolito se disuelve por completo.
Esto hace que toda la batería se desmorone, al igual que el algodón de azúcar se disuelve en agua, y los materiales del cátodo y el ánodo están listos para el reciclaje directo.
Prueba la tecnología con una batería real
Para demostrar el concepto, el equipo construyó una batería sólida como un ánodo utilizando materiales de electrodos comunes, fosfato de fósforo y óxido de litio.
El electrolito de nanoribbón movió con éxito los iones de litio entre los electrodos, pero su rendimiento no le quitó las mejores baterías comerciales de hoy.
Los investigadores dicen que esta limitación se debe a un cuello de botella sobre qué tan rápido pueden viajar los iones de litio entre el nanoribón y el electrodo.
Sin embargo, enfatizan que el experimento estaba destinado a demostrar reciclabilidad en lugar de crear la batería de mejor rendimiento.
En los diseños futuros, el material se puede usar como solo una capa del sistema de electrolitos de la batería, lo que permite la reciclabilidad sin comprometer el rendimiento.
Una nueva visión para reciclar la batería EV
El avance del MIT representa una prueba de concepto para diseñar baterías reciclables como principios centrales en lugar de como una ocurrencia tardía. Aunque se requiere más trabajo para optimizar los materiales, las posibles implicaciones son importantes.
Cuando se adopta a gran escala, este enfoque puede ayudar a recuperar grandes cantidades de litio y otros minerales importantes de las baterías usadas, reduciendo la minería y las reducciones de costos.
De hecho, la reutilización de materiales a través del reciclaje de baterías EV podría tener los mismos beneficios económicos que la apertura de nuevas minas de litio en los Estados Unidos.
Esta tecnología también ayudará a garantizar el suministro nacional de minerales críticos. Con la demanda de vehículos eléctricos que aumentan rápidamente, es importante garantizar un suministro de litio estable y sostenible.
El reciclaje de las baterías existentes podría desempeñar un papel importante para evitar futuras sobretensiones de precios y escasez de oferta.
Que vendrá después
Los investigadores reconocen que el reclutamiento comercial no ocurre de la noche a la mañana. Los fabricantes de baterías a menudo son reacios a cambiar los diseños establecidos, especialmente cuando los nuevos materiales pueden afectar el rendimiento.
Sin embargo, a medida que se desarrolla una nueva química de la batería en los próximos cinco a diez años, las oportunidades para la integración de componentes reciclables crecerán desde el principio.
Actualmente, el equipo está buscando formas de optimizar el rendimiento de los electrolitos, mejorar la migración de iones y probar la compatibilidad con una gama más amplia de tipos de baterías.
Con el apoyo del Departamento de Energía de los Estados Unidos y la Fundación Nacional de Ciencias, su trabajo allanó el camino para una economía EV más cíclica.
Hacia un futuro de batería sostenible
A medida que la adopción de EV se acelera en todo el mundo, la cuestión de lo que le sucede a millones de baterías usadas se vuelve cada vez más urgente.
Los electrolitos autoflamatorios del MIT ofrecen un nuevo enfoque radical. La batería está diseñada para ser desmontada durante el reciclaje.
Los materiales todavía están en sus primeras etapas, pero representan un paso audaz para resolver uno de los mayores desafíos de sostenibilidad de la era del EV.
Al repensar cómo se construyen las baterías, este avance ayudará a transformar la pila de desechos del mañana en una fuente crítica de recursos renovables, ayudando a reciclar baterías EV de una manera práctica y escalable.
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