Baterías recargables hechas con componentes totalmente reciclables

Las baterías de litio recargables de estado sólido son una tecnología emergente que algún día podría energizar teléfonos móviles y ordenadores portátiles durante días con una sola carga. Además de ofrecer una densidad energética significativamente mayor, son una alternativa más segura a las baterías de iones de litio, potencialmente inflamables, que se utilizan hoy en día en la electrónica doméstica. Por desgracia, las baterías de litio recargables de estado sólido actuales no son respetuosas con el medio ambiente. Los métodos actuales para reciclarlas se centran en la recuperación limitada de los metales contenidos en los cátodos, mientras que todo lo demás se echa a perder.

Un equipo integrado, entre otros, por Enrique Gómez y Yi-Chen Lan, ambos de la Universidad Estatal de Pensilvania en Estados Unidos, puede haber resuelto este problema.

El equipo reconfiguró el diseño de estas baterías de litio de estado sólido para que todos sus componentes puedan reciclarse fácilmente.

Tradicionalmente, la mayoría de los componentes del núcleo de baterías o pilas van a parar a la basura porque se mezclan entre ellos durante el proceso de reciclaje, dando como resultado una masa negruzca inservible. Esta masa es rica en materiales necesarios para las pilas, pero separarlos sigue siendo un reto. En las pilas de estado sólido, el uso de electrolitos sólidos agrava este problema, ya que se entremezclan con la masa negra.

Para separar más fácilmente estos componentes de los demás componentes metálicos de una pila de botón, los investigadores insertaron dos capas de polímero en las superficies de contacto entre el electrodo y el electrolito antes de iniciar el proceso de reciclaje.

Los investigadores han reconfigurado el diseño de las pilas de litio de estado sólido para que todos sus componentes puedan reciclarse fácilmente. Probaron su innovación con pilas de botón, como las de la imagen. (Foto: Poornima Tomy / Penn State. CC BY-NC-ND)

Una vez que los investigadores lograron separar los componentes, fabricaron un compuesto con los metales y electrodos recuperados mediante sinterización en frío (el proceso de combinar materiales en polvo en formas densas a bajas temperaturas mediante presión aplicada con disolventes). La sinterización en frío fue desarrollada en 2016 por un equipo de investigadores dirigido por Clive Randall, director del Instituto de Investigación en Materiales, dependiente de la Universidad Estatal de Pensilvania.

Gómez y sus colegas utilizaron la sinterización en frío para combinar los electrodos recuperados con polvos de electrolitos sólidos compuestos recuperados y, a continuación, reconstruyeron la batería con las capas de polímero añadidas.

Esto permite reciclar la batería entera, fabricando otra “nueva” a partir de los materiales de la primera, y volver a reciclarla cuando llega al fin de su vida útil.

Tras probar su rendimiento, descubrieron que la batería reconstruida tras reciclar la vieja alcanzaba entre el 92,5% y el 93,8% de su capacidad de descarga original.

Gómez y sus colegas exponen los detalles técnicos de su avance tecnológico en la revista académica ACS Energy Letters, bajo el título “Interfacial Layers to Enable Recyclability of All-Solid-State Lithium Batteries”. (Fuente: NCYT de Amazings)