Mais uma tecnologia ecológica e de baixo custo é revelada para a reciclagem de cátodos de baterias de íon-lítio.
| Jerry Huang
Nota do editor: O rápido desenvolvimento da eletrônica de consumo, veículos elétricos e armazenamento de energia em redes elétricas gerou uma enorme demanda por baterias de íon-lítio (LIBs). No entanto, com uma vida útil de apenas 6 a 8 anos, espera-se que mais de 11 milhões de toneladas de baterias se tornem obsoletas até 2030, desencadeando pressões sem precedentes sobre os recursos, riscos ambientais e desafios econômicos. Atualmente, os materiais catódicos reciclados (particularmente óxidos metálicos em camadas, LMOs), que contêm elementos de alto valor agregado como lítio, cobalto, níquel e manganês, são o foco desses esforços de reciclagem.
Apresentamos aqui outra abordagem desenvolvida pela equipe de Quanquan Pang na PKU, em conjunto com a equipe de Jiashen Meng na WUT, para a reciclagem de cátodos de baterias de íon-lítio usados, particularmente os de óxidos metálicos de lítio (LMOs). Agradecemos a todos os pesquisadores, com o máximo respeito.
Notavelmente, essa abordagem LTMS-ECR processa diretamente cátodos usados ainda presos a coletores de corrente de alumínio, sem a etapa de triturar os eletrodos em "pó preto", simplificando significativamente as etapas de pré-tratamento.
A tecnologia LTMS-ECR apresenta potencial para atingir alta rentabilidade de US$ 1,86/kg na reciclagem de baterias usadas, devido ao uso de eletrólitos de sal fundido reutilizáveis e de baixo custo, além de Li2O, juntamente com subprodutos de alto valor agregado, como Co3O4 e LiCl, representando uma melhoria de quase dez vezes em relação às tecnologias pirometalúrgicas e hidrometalúrgicas.
Análises sobre os impactos técnicos, econômicos e ambientais demonstram que o LTMS-ECR apresenta notável viabilidade econômica e sustentabilidade em termos de carbono. Sua alta eficiência de recuperação, baixo consumo de energia e respeito ao meio ambiente representam uma via química revolucionária para a reciclagem de materiais catódicos.
Resumo
A reciclagem eletroquímica (ECR) oferece uma estratégia promissora que aproveita energia renovável para desconstruir óxidos metálicos em camadas (LMOs) usados. No entanto, as abordagens atuais de ECR são limitadas à operação em alta temperatura (até 750 °C), empregando carbonatos ou cloretos alcalinos fundidos como eletrólitos, o que leva a um alto consumo de energia para entrada de calor. Neste estudo, propõe-se um eletrólito de cloroaluminato alcalino fundido de baixo ponto de fusão, composto por AlCl₃–LiCl, que permite a eletrólise por ECR a uma temperatura tão baixa quanto 150 °C. Devido à alta solubilidade do portador de carga O₂⁻ no cloroaluminato alcalino fundido, o cátodo de LMO sofre desestruturação redutiva eletroquímica, produzindo metais de transição elementares e cloreto de lítio (LiCl). É importante ressaltar que os dois produtos são insolúveis no fundido com adição de Li₂O e podem ser separados por um simples tratamento de lixiviação com água. Notavelmente, ao incorporar um ânodo inerte de TiN, a emissão de CO2 durante a eletrólise é eliminada pela geração de O2, contribuindo ainda mais para a neutralidade de carbono. Com a abordagem de eletrólise de sal fundido a baixa temperatura (LTMS-ECR), uma alta taxa de recuperação de cobalto de 97,3% é alcançada para o LiCoO2. Análises tecnoeconômicas projetam que a tecnologia LTMS-ECR reduz o consumo de energia e a emissão de CO2 em aproximadamente 20% e é quase dez vezes mais rentável em comparação com os métodos convencionais. A abordagem representa uma alternativa revolucionária para a reciclagem de baterias de íon-lítio usadas de forma eficiente em termos energéticos, sustentável e economicamente viável.
Referências
https://doi.org/10.1002/adma.202512984