Las baterías de iones de litio se han convertido en una parte integral de la vida cotidiana.En consecuencia, el número de baterías usadas es elevado.Contienen cantidades considerables de materias primas importantes como el grafito.Reciclar este mineral para reutilizarlo en baterías nuevas con el mismo rendimiento es un objetivo importante.

Investigadores del Instituto Helmholtz de Ulm y del Instituto Helmholtz Freiberg de Tecnología de Recursos (HIF) del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) han demostrado ahora una solución exitosagrafitotecnología de reciclaje.En las pruebas, el grafito purificado mostró una excelente retención de capacidad comparable al prístino grafito comercial de calidad anódica.

Las baterías de iones de litio (LIB) se encuentran en casi todos nuestros aparatos eléctricos y son un importante proveedor de energía para la movilidad eléctrica.Sin embargo, varios procesos de envejecimiento reducen el rendimiento de una batería durante su período de uso.

Los LIB contienen muchas materias primas importantes.Además del litio que les da nombre, contienen metales como cobre, níquel, cobalto, aluminio y grafito.Este último se refiere al material del ánodo, que constituye aproximadamente entre el 15% y el 25% del peso de la batería.Cuanto más puro es el grafito, mejor funciona este mecanismo.

El grafito sintético, es decir, el grafito producido mediante un proceso basado en coque que consume mucha energía, cumple esta tarea especialmente bien gracias a sus propiedades optimizadas y adaptables.Sin embargo, tanto el grafito anódico natural (es decir, extraído de minerales) como el sintético provienen en gran medida de China y tienen una huella ambiental significativa.

Por tanto, el reciclaje es fundamental para recuperar las materias primas y al mismo tiempo minimizar la dependencia de China.Actualmente, en Europa se reciclan cada año unas 100.000 toneladas de pilas usadas.

Purificación y reutilización del grafito.

Para recuperar el grafito de las baterías al final de su vida útil, primero se trituran, dejando lo que se conoce como masa negra.El grafito se extrae de este polvo fino mediante flotación por espuma.El proceso se basa en la hidrofobización selectiva, es decir, la propiedad repelente al agua, de minerales y la unión de estas partículas a burbujas de gas, que posteriormente se recuperan mediante una espuma.

El concentrado resultante se purifica, a menudo con ácidos inorgánicos como el ácido fluorhídrico, que también puede causar daños al medio ambiente.En este caso, la empresa australiana EcoGraf limpió las partículas de grafito mediante un proceso respetuoso con el medio ambiente que no requiere ácido fluorhídrico altamente tóxico.

Investigadores de los institutos Helmholtz de Ulm y Freiberg examinaron las partículas de grafito en cuanto a su pureza y su reutilización como material anódico."Con las pruebas que realizamos pudimos demostrar que el rendimiento electroquímico del grafito recuperado de LIB desechados coincide con el del grafito anódico nuevo. En comparación, la estructura y la morfología cambian de manera insignificante.

"Lo más importante es que el grafito reciclado tiene una notable capacidad específica reversible de más de 350 mAh/g, a pesar de las pequeñas impurezas del proceso de reciclaje", afirma la Dra. Anna Vanderbruggen, científica del HIF en el momento del estudio.

Las pruebas con celdas de batería recién ensambladas hechas de grafito reciclado muestran una excelente estabilidad del ciclo.La celda de prueba fue sometida a 1.000 ciclos de carga y descarga, con una retención de capacidad del 80%.Esto es comparable al rendimiento de las celdas completas de referencia hechas de material puro.

Paso importante para la economía circular

Los resultados son un paso importante hacia el cumplimiento de los requisitos del Reglamento europeo sobre baterías, que apenas se modificó el año pasado.Prevé un aumento de la eficiencia mínima de reciclaje del 50% al 70% para 2030.

Dado que el grafito representa hasta el 25 % de la masa total de los LIB y seguirá siendo un componente esencial de los LIB en un futuro próximo a medio, este proceso de reciclaje representa un progreso significativo en la alineación con los requisitos del Pacto Verde Europeo y, sobre todo,para avanzar hacia una economía circular.