Las baterías de litio recargables de estado sólido son una tecnología emergente que algún día podría alimentar teléfonos móviles y portátiles durante días con una sola carga.Al ofrecer una densidad de energía significativamente mayor, son una alternativa más segura a las baterías inflamables de iones de litio que se utilizan actualmente en la electrónica de consumo, pero no son respetuosas con el medio ambiente.

Los métodos de reciclaje actuales se centran en la recuperación limitada de los metales contenidos en los cátodos, mientras que todo lo demás se desperdicia.

Es posible que un equipo de investigadores de Penn State haya resuelto este problema.Dirigido por Enrique Gómez, decano asociado interino de equidad e inclusión y profesor de ingeniería química en la Facultad de Ingeniería de Penn State, el equipo reconfiguró el diseño de estas baterías de litio de estado sólido para que todos sus componentes puedan reciclarse fácilmente.Ellospublicadosus hallazgos enCartas de Energía ACS.

"Como la necesidad debaterías recargablescrece, necesitamos pensar en el final de la vida útil de esta tecnología", dijo Gómez. "Esperamos que nuestro trabajo destaque las posibilidades del reciclaje de baterías de estado sólido, con la ayuda de algunos elementos clave de diseño".

Tradicionalmente, la mayoría de los componentes principales de la batería se han desperdiciado porque se mezclan durante el proceso.proceso de reciclaje, formando una "masa negra", según los investigadores.Esta masa negra es rica en materiales necesarios para las baterías, pero separarlos sigue siendo un desafío.Enbaterías de estado sólido, el uso de electrolitos sólidos agrava este problema, ya que se mezclan con la masa negra.

Para separar más fácilmente estos componentes de los otros componentes metálicos en una batería de tipo botón, los investigadores insertaron dos capas de polímero en las interfaces entre el electrodo y elelectrólitoantes del inicio del proceso de reciclaje.

"Propusimos que al disolver la capa de polímero durante el proceso de reciclaje, se puede separar fácilmente el electrodo del electrolito", dijo Yi-Chen Lan, estudiante de doctorado en ingeniería química y primer autor del artículo."Sin la capa de polímero que los separa, el electrodo y el electrolito se mezclarían, lo que los hace difíciles de reciclar".

Una vez que los investigadores separaron con éxito los componentes, hicieron un compuesto con los metales y electrodos recuperados mediante sinterización en frío, el proceso de combinar materiales a base de polvo en formas densas a bajas temperaturas mediante la aplicación de presión con disolventes.

Sinterización en fríofue desarrollado en 2016por un equipo de investigadores dirigido por Clive Randall, director del Instituto de Investigación de Materiales de Penn State y profesor distinguido de ciencia e ingeniería de materiales.Gómez y su equipoRecientemente demostró el reciclaje de electrolitos de estado sólido mediante sinterización en frío.

"Usamos sinterización en frío para combinar los electrodos recuperados con polvos de electrolitos sólidos compuestos recuperados, luego reconstruimos la batería con loscapas de polímero"Esto nos permite reciclar toda la batería, que luego podemos reciclar nuevamente después de su uso", dijo Po-Hao Lai, estudiante de doctorado en ingeniería química y coautor del artículo.

Después de probar su rendimiento, descubrieron que la batería reconstruida alcanzó entre el 92,5% y el 93,8% de su capacidad de descarga original.

"Si bien la comercialización de baterías de litio de estado sólido aún se encuentra en sus primeras etapas, nuestro trabajo proporciona conocimientos e ideas importantes para diseñar versiones reciclables de estas baterías", dijo Lan."Aunque aún no hemos llegado a ese punto, el objetivo a largo plazo es aplicar esta innovación a baterías más grandes que podrían usarse en dispositivos como teléfonos celulares y computadoras portátiles, una vez que la tecnología de estado sólido se vuelva más prevalente".