ITE mejora la sostenibilidad de las baterías de litio con materias primas de origen reciclado

Valencia 30.11.2023.- El Instituto Tecnológico de la Energía (ITE) continúa trabajando en Rebalire, un proyecto para la mejora de la sostenibilidad de las baterías de litio a través de la obtención de materias primas mediante el reciclado de baterías de litio y la revalorización de residuos agroforestales e industriales.

Para la realización de esta investigación cuentan con la financiación de la Generalitat Valenciana a través de las ayudas destinadas a los institutos tecnológicos para proyectos de innovación en colaboración con las empresas en el marco de especialización de la Dirección General de Innovación a través de la Conselleria de Innovación, Industria, Comercio y Turismo

Centrado en la optimización del proceso de obtención de silicio y carbón sostenible para el desarrollo de ánodos de baterías de litio a partir de la revalorización de residuos agroforestales e industriales de proximidad que contengan cantidades significativas de silicio, el equipo investigador ha conseguido importantes avances en dicho proceso, optimizándolo para obtener un material adecuado para su uso en baterías de litio, mediante la reducción del consumo energético y mejora de la sostenibilidad.

Los investigadores han logrado mejorar el control de la etapa de calentamiento durante el proceso de obtención del silicio -algo fundamental para obtener un material con propiedades adecuadas-, usando aditivos que proporcionan un calentamiento más homogéneo y mejorando la estructura del silicio anódico resultante.

La estrategia desarrollada requiere de una menor temperatura respecto a los procesos actuales empleados en las industrias intensivas de producción de silicio metálico, bajando de temperaturas cercanas a los 2000ºC a temperaturas inferiores a 700ºC.

También se ha mejorado la etapa de purificación del silicio gracias al uso de disolventes más respetuosos con el medio ambiente, evitando usar ácidos fuertes.

“En la actualidad -señala el coordinador técnico del proyecto Iván Esteve- estamos acabando de validar los resultados tras la aplicar una nueva mejora en el proceso que permite reducir todavía más la temperatura y, por tanto, se espera que se consiga un menor tamaño de partícula del silicio obtenido”.

Se han conseguido rendimientos de silicio a partir de la sílice procedente de residuos agroforestales, superiores al 30%, tamaño de partícula inferior a 15 micras y una pureza superior al 95%.

En el desarrollo de los electrodos anódicos basados en silicio, se ha mejorado la dispersión del silicio en el electrodo, mejorando por tanto la estabilidad del electrodo gracias a la selección del ligante más adecuado que estabilice el silicio. También se están acabando de evaluar los resultados electroquímicos de estos electrodos.

Mejoras en el reciclado de baterías de litio de tipo NMC

Otra parte importante de este proyecto apuesta por el desarrollo de un proceso de reciclado de baterías de litio de tipo NMC para poder dar solución y hacer frente a la inminente llegada de un gran número de baterías en fin de vida.

El desarrollo se centra en el empleo de procesos y tecnologías que mejoren la eficiencia del reciclado, reducción de las emisiones de gases tóxicos, así como el uso de agentes químicos en las etapas de extracción que sean más respetuosas con el medioambientalmente respecto a las actuales.

Con respecto al reciclado de baterías “se han evaluado las diferentes estrategias disponibles para diseñar el procedimiento experimental que maximice el rendimiento para el reciclado de baterías tipo NMC” explica Iván Esteve.

El estudio concluye que la mejor estrategia consiste en la combinación de diferentes procesos de reciclado con el objetivo de recuperar la mayor cantidad de componentes y materiales presentes en una batería. El empleo de un solo proceso da lugar a bajos rendimientos de reciclado.

La estrategia que combina el pretratamiento mecánico junto con el proceso hidrometalúrgico y la estrategia de reciclado directo se postulan como las alternativas más prometedoras en la actualidad, ambas han sido validadas en Rebalire.

Con la primera estrategia en primer lugar se obtiene la “black mass” que consiste en una mezcla de todos los materiales activos de la batería, a partir de la cual se ha conseguido recuperar una sal de cobalto que se emplea como precursor para la fabricación de nuevos componentes catódicos para baterías, uno de los metales más preciados que forma parte de la composición de una batería.

En este proceso, para la recuperación del cobalto se ha evaluado el uso de disolventes orgánicos que permiten mejorar la sostenibilidad respecto a estrategias convencionales.

Además, como estrategia alternativa se está abordando el reciclado directo mediante un enfoque que involucra dos etapas. En la primera etapa, se busca lograr la separación del material catódico de tipo NMC del colector de aluminio, eliminando el ligante a través de un pretratamiento mecánico. En la segunda etapa, se procede a la regeneración de este material a través del relitiado del material catódico.

En el enfoque del reciclado directo, se ha demostrado la separación del componente material activo del cátodo sin destruir la estructura de este. Con ello se busca la regeneración de los materiales catódicos gastados con un tratamiento mínimo y una menor generación de residuos, presentando una opción eficiente y amigable con el medio ambiente.