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Los investigadores de la Universidad de Rice tienen una solución para el reciclado de baterías de Ion Litio usadas que, a causa de la demanda cada vez mayor de vehículos eléctricos, teléfonos celulares y otros dispositivos electrónicos, también está aumentando. El laboratorio del grupo de investigación de Pulickel Ajayan en la Universidad de Rice  utilizó un solvente eutéctico profundo respetuoso con el medio ambiente para extraer elementos valiosos de los óxidos metálicos comúnmente utilizados como cátodos en baterías de iones de litio. El objetivo, dijeron los investigadores, es reducir el uso de procesos difíciles para reciclar las baterías y mantenerlas fuera de los vertederos.El solvente, hecho de productos básicos cloruro de colina y etilenglicol , extrajo más del 90 por ciento de cobalto de los compuestos en polvo, y una cantidad más pequeña pero significativa de las baterías usadas. «El desperdicio de la batería recargable, particularmente de las baterías de iones de litio, se convertirá en un desafío ambiental cada vez más amenazante en el futuro a medida que la demanda de estos a través de su uso en vehículos eléctricos y otros dispositivos aumentará dramáticamente», dijo Ajayan. «Es importante recuperar metales estratégicos como el cobalto que tienen un suministro limitado y son críticos para el rendimiento de estos dispositivos de almacenamiento de energía», dijo el investigador principal. «Algo que aprender de nuestra situación actual con los plásticos es que es el momento adecuado para tener una estrategia integral para reciclar el creciente volumen de desechos de baterías». Los resultados aparecen en Nature Energy . «Esto se ha intentado antes con ácidos», dijo el estudiante graduado de Rice y autor principal Kimmai Tran. “Son eficaces, pero son corrosivos y no ecológicos. En general, el reciclaje de baterías de iones de litio suele ser costoso y representa un riesgo para los trabajadores «.Otros procesos también tienen inconvenientes, dijo. La pirometalurgia implica trituración y mezcla a temperaturas extremas, y los vapores dañinos requieren limpieza. La hidrometalurgia requiere sustancias químicas cáusticas, mientras que otros solventes «verdes» que extraen iones metálicos a menudo requieren agentes adicionales o procesos de alta temperatura para capturarlos completamente. El color azul-verde de las soluciones revela la presencia de cobalto tomado de las baterías gastadas de iones de litio a través de un nuevo proceso desarrollado en la Universidad Rice. Foto por Jeff Fitlow El color azul-verde de las soluciones revela la presencia de cobalto tomado de las baterías gastadas de iones de litio a través de un nuevo proceso desarrollado en la Universidad Rice. Foto por Jeff Fitlow
«Lo bueno de este solvente eutéctico profundo es que puede disolver una gran variedad de óxidos metálicos», dijo Tran. «Está literalmente hecho de un aditivo para piensos para pollos y un precursor plástico común que, cuando se mezcla a temperatura ambiente, forma una solución clara y relativamente no tóxica que tiene propiedades solventes efectivas». Un solvente eutéctico profundo es una mezcla de dos o más compuestos que se congela a temperaturas mucho más bajas que cada uno de sus precursores. De esa manera, dijo, uno puede literalmente obtener un líquido de una simple combinación de sólidos. «La gran depresión de los puntos de congelación y fusión se debe a los enlaces de hidrógeno formados entre los diferentes productos químicos», dijo Tran. «Al seleccionar los precursores correctos, se pueden fabricar solventes» verdes «económicos con propiedades interesantes». Una solución se vuelve verde al extraer el cobalto de un cátodo de iones de litio gastado. Un laboratorio de la Universidad Rice está desarrollando un método respetuoso con el medio ambiente para recuperar metales valiosos de las baterías usadas. Foto por Jeff Fitlow

Las fuentes de Energía Limpia deben aprovecharse para reemplazar los combustibles fósiles que ahora están contaminando nuestra atmósfera. Aunque la energía solar y eólica pueden suministrar toda la energía necesaria, se necesitará almacenamiento cuando el sol no esté brillando y el viento no esté soplando. Las baterías de flujo orgánico son una alternativa potencialmente más segura y menos costosa que las baterías de ion de litio y las baterías de flujo de vanadio para el almacenamiento de energía renovable a gran escala . Investigadores de Harvard han demostrado una nueva molécula orgánica que sobrevive y supera a sus predecesoras, ofreciendo la batería de flujo orgánico de alto rendimiento más duradera hasta la fecha. Apodada la Metonela quinona, basada en la figura bíblica más longeva, esta molécula podría almacenar y liberar energía de manera útil decenas de miles de veces durante períodos de varios años.
  «Diseñamos y construimos un nuevo compuesto orgánico que puede almacenar energía eléctrica y también tiene una vida muy larga antes de que se descomponga» —dijo Roy Gordon, uno de sus co-directores— «Descubrimos los procesos de degradación de las moléculas que utilizamos previamente en las baterías de flujo. Luego creamos nuevas moléculas más estables que evitan estos problemas». En trabajos previos habían demostrado una química con una vida útil larga pero baja tensión, lo que conduce a un bajo almacenamiento de energía por molécula, y conlleva un alto costo para una cantidad dada de energía almacenada. Aziz asegura que ahora tienen la primera química con estabilidad a largo plazo y llega a más de un voltio, lo que comúnmente se considera el umbral para la implementación comercial. «Creo que es la primera batería de flujo de base orgánica que cumple con todos los requisitos y criterios técnicos para la implementación práctica «, indicó. Esta batería de flujo utiliza una nueva molécula orgánica que sobrevive y supera a sus predecesoras, ofreciendo la batería de flujo orgánico de alto rendimiento más duradera hasta la fecha. Crédito: Eliza Grinnell Esta batería de flujo utiliza una nueva molécula orgánica que sobrevive y supera a sus predecesoras, ofreciendo la batería de flujo orgánico de alto rendimiento más duradera hasta la fecha. Crédito: Eliza Grinnell La nueva química se basa en investigaciones previas dirigidas por Aziz y Gordon. La molécula de Matusalén es una quinona modificada, una molécula abundante y natural que forma parte de procesos biológicos como la fotosíntesis y la respiración celular. Colaborando con la química teórica, el profesor Alán Aspuru-Guzik y su equipo de investigación caracterizó el proceso de degradación de moléculas de quinona previas en baterías de flujo e hizo modificaciones para aumentar la vida del calendario. En experimentos en sus laboratorios, la molécula de Matusalén tenía una tasa de fundido de menos de 0,01 por ciento por día y menos de 0,001 por ciento por ciclo de carga / descarga, que extrapola a menos del 3 por ciento de degradación en el transcurso de un año, y una operación útil para decenas de miles de ciclos.
Matusalén también demostró ser altamente soluble, lo que significa que puede almacenar más energía en un espacio más pequeño. Funciona en un electrolito alcalino débil, lo que reduce el costo de la batería al permitir el uso de materiales de contención económicos y una membrana de polímero barata para separar los terminales positivo y negativo. Todos estos avances reducen el costo de almacenamiento y pueden hacer que las químicas de almacenamiento orgánico sean rentables para la descarga de larga duración. «Esta investigación demuestra el potencial de los productos orgánicos» —dijo David Kwabi, becario postdoctoral en SEAS y coautor del artículo— «Mostramos que las moléculas orgánicas son una alternativa viable, duradera y rentable a las costosas baterías de vanadio». La investigación fue respaldada por el programa de almacenamiento de energía de la Oficina de Electricidad de EE. UU., Por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía, por el Fondo de Innovación Dinamarca, por el Centro de Tecnología de Energía Limpia de Massachusetts y por la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard. «Este importante trabajo representa un avance significativo hacia baterías de flujo de larga duración y bajo costo» —dijo Imre Gyuk, Director del programa de almacenamiento de Office of Electricity de DOE— «Tales dispositivos son necesarios para permitir que la red eléctrica absorba cantidades crecientes de generación renovable verde pero variable». Con la asistencia de la Oficina de Desarrollo Tecnológico (OTD) de Harvard, los investigadores están buscando socios comerciales para ampliar la tecnología para aplicaciones industriales. Harvard OTD ha presentado una cartera de patentes pendientes sobre innovaciones en tecnología de baterías de flujo . La investigación fue co-dirigida por Roy Gordon, el Catedrático de Química Thomas Dudley Cabot y el Profesor de Ciencia de Materiales, y Michael Aziz, Profesor de Geotecnia y Tracy Sykes de Materiales y Tecnologías Energéticas en la Escuela de Ingeniería John A. Paulson de Harvard y aplicada Ciencias (SEAS). Fuente: Harvard Edu.