Reciclagem de cátodo de bateria numa única etapa
O resultado é significativamente mais económico, com menor impacto ambiental e menos arriscado para a saúde do que qualquer outro método de reciclagem atualmente utilizado
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Um novo método de reciclagem de baterias desenvolvido pelos engenheiros da Grainger do Illinois remove metais escassos e caros dos cátodos de baterias antigas e reveste-os em novos cátodos numa única etapa. O resultado é significativamente mais económico, com menor impacto ambiental e menos arriscado para a saúde do que qualquer outro método de reciclagem atualmente utilizado.
Esquema do método de reciclagem do cátodo de uma bateria num único passo. Um elétrodo antigo é colocado num banho regenerativo. Um processo eletroquímico dissolve os metais valiosos e reveste-os num novo elétrodo num único passo.
The Grainger College of Engineering at the University of Illinois Urbana-Champaign
Os cátodos das baterias - a parte positiva da bateria que ajuda a armazenar energia eléctrica - requerem frequentemente metais raros e caros, como o cobalto. Por conseguinte, é crucial desenvolver meios eficazes de reciclagem dos cátodos que recuperem os metais essenciais ao seu funcionamento.
Os investigadores do Grainger College of Engineering da Universidade de Illinois Urbana-Champaign inventaram um processo de fase única para extrair simultaneamente metais de cátodos antigos e criar novos cátodos. Centrando-se no óxido de lítio-cobalto, o material do cátodo mais utilizado nas baterias de telemóveis e computadores portáteis, os investigadores demonstraram que é possível utilizar um único processo eletroquímico para dissolver o material de um terminal usado e depositá-lo num novo. Conforme publicado na revista Advanced Functional Materials, o novo processo é um oitavo mais caro e tem um impacto 50% menor do que os processos de reciclagem comuns.
"O facto de o nosso processo ser um passo único faz toda a diferença porque as necessidades de material são menos de metade das de outros processos de reciclagem", afirmou Jarom Sederholm, um estudante de pós-graduação em engenharia química e biomolecular da Illinois Grainger Engineering e principal autor do estudo. "Colaborámos com colegas do Departamento de Engenharia de Sistemas Industriais e Empresariais para analisar os custos e os impactos ambientais da realização deste processo à escala. Em todos os factores considerados, o nosso processo é melhor".
Paul Braun, professor de ciência e engenharia de materiais da Illinois Grainger Engineering e responsável pelo projeto, afirmou: "Os métodos actuais de reciclagem de cátodos de baterias envolvem demasiados passos. Os cátodos têm de ser decompostos, separados e purificados, reformados através de reacções químicas e depois revestidos em novos componentes da bateria. Os processos requerem energia e produtos químicos consideráveis, o que aumenta o custo, o potencial de danos ambientais e os riscos para a saúde humana".
Sederholm recorda que a ideia do novo processo surgiu de uma discussão hipotética com Braun.
"O nosso grupo de investigação trabalha extensivamente com a eletrodeposição - um mecanismo através do qual a carga eléctrica é utilizada para colocar um material sobre um substrato - e dispõe de uma infraestrutura de investigação significativa", disse Sederholm. "Um dia, tivemos uma ideia: se a eletrodeposição é possível, então o inverso também deve ser verdade. Também deveria ser possível utilizar a eletricidade para dissolver um revestimento. Por isso, fui para o laboratório, preparei tudo com a solução e as tensões certas e o revestimento de óxido de cobalto e lítio num cátodo saiu logo."
Uma vez que o metal necessário já estava dissolvido na solução do processo de remoção, a inserção de um novo cátodo na solução e o seu revestimento por eletrodeposição foi o passo lógico seguinte. Todo o processo de reciclagem - recuperar os metais valiosos e reutilizá-los num novo produto - ocorre numa única fase e numa única reação num único banho químico.
Para avaliar o custo total e o impacto do novo método de estado único, os investigadores recorreram a colegas do Departamento de Engenharia de Sistemas Industriais e Empresariais da Illinois Grainger Engineering: o estudante licenciado Zheng Liu e o professor Pingfeng Wang. Determinaram que o novo método supera todas as técnicas atualmente utilizadas em quatro parâmetros: eficiência económica, impacto ambiental, impacto nos recursos e risco para a saúde humana.
O estudo centrou-se nos cátodos de óxido de lítio-cobalto devido à sua prevalência na eletrónica de consumo, mas Sederholm planeia alargar estes resultados a outras químicas de cátodos.
"Existem muitas tecnologias de baterias baseadas em óxidos de níquel e manganês, e elas teriam requisitos diferentes para que isso funcionasse", disse ele. "Além disso, tanto o cátodo como o ânodo podem conter aditivos de ligação, como o fluoreto de polivinilideno (PVDF), que podem ser prejudiciais quando libertados para o ambiente. Queremos ver se conseguimos reduzir a quantidade libertada e até recuperar outros aditivos para reutilização."
Sederholm, Braun e Arghya Patra, investigador associado de pós-doutoramento em ciência e engenharia de materiais da Illinois Grainger Engineering, apresentaram um pedido de patente internacional para a tecnologia derivada deste estudo.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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