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Novos avanços na reciclagem de baterias de íons de lítio
A procura global por baterias de íons de lítio vem crescendo exponencialmente e são esperados pontos de inflexão críticos, visto que a procura poderá até mesmo exceder o fornecimento dos principais componentes e matérias-primas das baterias.
O mercado global de carros elétricos está projetado para crescer até US$ 858 Bi até 2027, movidos a baterias de íons de lítio. No entanto, estima-se que somente 5% das baterias de íons de lítio são recicladas globalmente. Historicamente, a reciclagem das baterias de íons de lítio tem sido limitada pela volatilidade dos preços de matérias-primas, pela ausência de unidades de reciclagem e pela falta de regulamentação. No entanto, os avanços nos métodos de reciclagem, o elevado potencial de crescimento e a quantidade fixa de metais raros tornaram a reciclagem mais atrativa, visto que projeções dimensionam que o mercado chegará a US$ 13 bilhões em 2030.
Técnicas atuais de reciclagem
Atualmente, existem três tipos principais de metodologias de reciclagem de baterias (Figura 1), com uma combinação de hidrometalurgia e pirometalurgia como formas dominantes de reciclagem. As publicações de pesquisas e de patentes cresceram exponencialmente sobre hidrometalurgia e pirometalurgia devido aos custos mais baratos e à complexidade (Figura 2). A hidrometalurgia usa soluções (principalmente aquosas) para extrair e separar metais dos recursos das baterias. A pirometalurgia usa o calor para converter os óxidos metálicos usados em materiais de bateria para metais ou compostos metálicos. A reciclagem direta é a remoção do material catódico para reutilização ou recondicionamento.
Por que a reciclagem direta é a melhor alternativa
A remoção direta do material do cátodo para reutilização ou recondicionamento é a ideal porque permite que os recicladores mantenham as estruturas de cristal intactas, com menores custos de energia, reagentes e instalações fixas. No entanto, exige mais custos de mão de obra e um limite mais elevado para boas condições de reciclagem das baterias. Até recentemente, os principais desafios que frustraram o campo da reciclagem de íons de lítio eram a falta de uniformidade nos projetos das baterias e o alto nível de esforço necessário em técnicas hidro e piro para converter baterias em matérias-primas metálicas. Um artigo recente destaca um método que fornece materiais catódicos funcionais que anteriormente não eram fornecidos pelos métodos atuais de reciclagem.
Uma nova abordagem para reciclagem direta:
Recentemente, Zheng Liang, Guangmin Zhou, Hui-Ming Cheng e colegas divulgaram uma dessas técnicas no Journal of the American Chemical Society. Iodeto de lítio (LiI) e hidróxido de lítio (LiOH) foram combinados em uma combinação eutética que derrete a uma temperatura mais baixa do que qualquer sal isolado – abaixo de 200 °C. Como resultado, a combinação torna-se líquida a temperaturas mais acessíveis.
Embora a capacidade das baterias fabricadas a partir do material reparado não tenha sido totalmente restaurada, o aquecimento consecutivo com a mistura eutética a 200 °C durante 3 horas, seguido de aquecimento a 850 °C durante 2 horas conseguiu o feito. Porém, quando foram adicionados Co2O3 e MnO2 à mistura eutética, o processo de duas etapas produziu o NMC523 restaurado, que apresentava características e a estrutura do cristal comparáveis às do material recém-produzido.
Essa abordagem oferece uma maneira de reparar cátodos de baterias de íons de lítio até atingirem sua funcionalidade total, utilizando menos energia e recursos do que produzir uma nova bateria. Se os materiais de bateria esgotados voltarem à plena funcionalidade a um custo menor, eles poderão ser vendidos com uma margem muito maior que os metais ou óxidos metálicos produzidos com outras técnicas, mais caras.
Desafios
No entanto, a abordagem desenvolvida por Liang et al. apresenta desafios. O procedimento exige a desmontagem e a remontagem das baterias. A complexidade e a falta de uniformidade nos designs das baterias e nas composições dos cátodos são barreiras à reciclagem de baterias como um todo. Embora possam ser processados diversos tipos diferentes de baterias usando pirometalurgia, a reciclagem direta e os procedimentos hidrometalúrgicos exigem que os diferentes tipos de baterias sejam classificados e as baterias sejam desmontadas de forma segura. A composição e o design da bateria devem ser especificados e codificados nas baterias para que a reciclagem direta seja prática. A desmontagem seria mais simples com designs de baterias comuns. Porém, dada a variedade de aplicações de baterias de íons de lítio, isso talvez não seja possível.
De olho no futuro
Em breve haverá um ponto de inflexão crítico para as baterias de íons de lítio, visto que a procura possivelmente ultrapassará a oferta de metais essenciais, de modo que a reciclagem desempenhar um papel essencial para preencher esta lacuna. A conservação de recursos, o impacto ambiental e a relação custo-eficácia serão os principais impulsionadores para acelerar a inovação no futuro.
Embora este estudo recente não ofereça uma abordagem comercial para a regeneração e reciclagem direta de baterias de íons de lítio, ele mostra que a prática é tecnicamente viável. Esta abordagem difere dos métodos anteriores de reciclagem direta por usar sistemas eutéticos em vez de técnicas hidrotérmicas. Uma técnica de reciclagem direta, que seja comercialmente viável, aumentará a segurança do fornecimento de componentes de baterias de íons de lítio, contribuirá para a sua sustentabilidade como alternativa aos combustíveis líquidos para armazenamento de energia e servirá como um instrumento crucial na redução das emissões de CO2 pelas pessoas, mitigando as mudanças climáticas. Saiba mais sobre as tendências emergentes na reciclagem de baterias de íons de lítio em nosso recente relatório.
