El"oro blanco"En el ámbito de la energía limpia, el litio es un ingrediente clave en baterías grandes y pequeñas, desde las que alimentan teléfonos y computadoras portátiles hasta los sistemas de almacenamiento de energía a escala de red.

Aunque relativamente abundante, el metal blanco plateado pronto podría escasear debido a un complejo panorama de abastecimiento afectado por el auge de los vehículos eléctricos (EV), los objetivos de cero emisiones netas y factores geopolíticos.Valorado en más de 65 mil millones de dólares en 2023, elbatería de iones de litio(LIB)mercado mundialSe espera que crezca más del 23% en los próximos ocho años, lo que probablemente aumentará los desafíos existentes en el suministro de litio.

Es más, recuperar litio de baterías gastadas es ambientalmente gravoso y altamente ineficiente, algo que un equipo de investigadores de la Universidad Rice dirigido por Pulickel Ajayan está trabajando para cambiar.

en suúltimo estudiopublicado enMateriales funcionales avanzados, los investigadores describen un método rápido, eficiente y respetuoso con el medio ambiente para la recuperación selectiva de litio utilizandoradiación de microondasy un disolvente fácilmente biodegradable.Los hallazgos muestran que el nuevo proceso puede recuperar hasta el 50% del litio en los cátodos LIB gastados en tan solo 30 segundos, superando un importante cuello de botella en la tecnología de reciclaje de LIB.

"Hemos visto un crecimiento colosal en el uso de LIB en los últimos años, lo que inevitablemente genera preocupaciones en cuanto a la disponibilidad de metales críticos como el litio, el cobalto y el níquel que se utilizan en los cátodos", dijo Sohini Bhattacharyya, uno de los dos autores principales.sobre el estudio y becario postdoctoral de la Rice Academy en el Laboratorio de Nanomateriales dirigido por Ajayan."Por lo tanto, es muy importante reciclar los LIB gastados para recuperar estos metales".

Los métodos de reciclaje convencionales a menudo implican ácidos fuertes, mientras que los disolventes ecológicos alternativos, como los disolventes eutécticos profundos (DES), han tenido problemas con la eficiencia y la viabilidad económica.Además, los métodos de reciclaje actuales recuperan menos del 5% del litio, en gran parte debido a la contaminación y la pérdida durante el proceso, así como a la naturaleza intensiva de energía de la recuperación.

"La tasa de recuperación es muy baja porque el litio generalmente se precipita en último lugar después de todos los demás metales, por lo que nuestro objetivo era descubrir cómo podemos atacar específicamente al litio", dijo Salma Alhashim, alumna doctoral de Rice y la otra autora principal del estudio.

"Aquí utilizamos un DES que es una mezcla de cloruro de colina y etilenglicol, sabiendo por nuestro trabajo anterior que durante la lixiviación en este DES, el litio queda rodeado deiones clorurodel cloruro de colina y se lixivia en solución."

Para lixiviar otros metales como el cobalto o el níquel, tanto el cloruro de colina como elglicol etilenotienen que estar involucrados en el proceso.Sabiendo que de las dos sustancias sólo el cloruro de colina es bueno para absorber las microondas, los investigadores sumergieron el material de desecho de la batería en el disolvente y lo bombardearon con radiación de microondas.

"Esto nos permitió lixiviar litio selectivamente sobre otros metales", dijo Bhattacharyya."El uso de radiación de microondas para este proceso es similar a cómo un microondas de cocina calienta los alimentos rápidamente. La energía se transfiere directamente a las moléculas, lo que hace que la reacción se produzca mucho más rápido que los métodos de calentamiento convencionales".

En comparación con los métodos de calentamiento convencionales, como el baño de aceite, el calentamiento asistido por microondas puede lograr eficiencias similares casi 100 veces más rápido.Por ejemplo, utilizando el proceso basado en microondas, el equipo descubrió que se necesitaban 15 minutos para lixiviar el 87% del litio, en comparación con las 12 horas necesarias para obtener la misma tasa de recuperación mediante calentamiento en baño de aceite.

"Esto también muestra que la selectividad hacia elementos específicos se puede lograr simplemente ajustando la composición del DES", dijo Alhashim."Otra ventaja es la estabilidad del disolvente: como el método del baño de aceite tarda mucho más, el disolvente comienza a descomponerse, mientras que esto no ocurre con los cortos ciclos de calentamiento de un microondas".

Este innovador método podría mejorar drásticamente la situación económica yimpacto ambientaldel reciclaje de LIB, proporcionando una solución sostenible a un problema global creciente.

"Este método no sólo mejora la tasa de recuperación sino que también minimiza el impacto ambiental, lo que lo convierte en un paso prometedor hacia la implementación de sistemas de reciclaje basados ​​en DES a escala para la recuperación selectiva de metales", dijo Ajayan, autor correspondiente del estudio y Benjamin M.y Mary Greenwood Anderson, profesora de ingeniería y profesora y directora del departamento de ciencia de materiales y nanoingeniería.