.
Uma equipe de pesquisa da Rice University liderada por James Tour, professor de química da TT e WF Chao e professor de ciência dos materiais e nanoengenharia, está abordando a questão ambiental da reciclagem eficiente de baterias de íons de lítio em meio ao seu uso crescente.
A equipe foi pioneira em um novo método para extrair materiais ativos purificados de resíduos de baterias, conforme detalhado no periódico Comunicações da Natureza em 24 de julho. Suas descobertas têm o potencial de facilitar a separação e a reciclagem efetivas de materiais valiosos de baterias a uma taxa mínima, contribuindo para uma produção mais ecológica de veículos elétricos (VEs).
“Com o aumento no uso de baterias, especialmente em veículos elétricos, a necessidade de desenvolver métodos de reciclagem sustentáveis é urgente”, disse Tour.
As técnicas convencionais de reciclagem geralmente envolvem a decomposição de materiais de baterias em suas formas elementares por meio de processos térmicos ou químicos que consomem muita energia, são caros e têm impactos ambientais significativos.
A equipe propôs que as propriedades magnéticas poderiam facilitar a separação e a purificação de materiais de baterias usadas.
A inovação deles usa um método conhecido como aquecimento flash Joule sem solvente (FJH). Essa técnica idealizada por Tour envolve passar uma corrente por um material moderadamente resistivo para aquecê-lo rapidamente e transformá-lo em outras substâncias.
Usando FJH, os pesquisadores aqueceram resíduos de bateria a 2.500 Kelvin em segundos, criando características únicas com conchas magnéticas e estruturas de núcleo estáveis. A separação magnética permitiu uma purificação eficiente.
Durante o processo, os cátodos de bateria à base de cobalto — normalmente usados em veículos elétricos e associados a altos custos financeiros, ambientais e sociais — inesperadamente mostraram magnetismo nas camadas externas de óxido de cobalto espinélio, permitindo fácil separação.
A abordagem dos pesquisadores resultou em um alto rendimento de recuperação de metal da bateria de 98%, mantendo o valor da estrutura da bateria.
“Notavelmente, as impurezas metálicas foram significativamente reduzidas após a separação, preservando a estrutura e a funcionalidade dos materiais”, disse Tour. “A estrutura em massa dos materiais da bateria permanece estável e está pronta para ser reconstituída em novos cátodos.”
Os alunos de pós-graduação da Rice, Weiyin Chen e Jinhang Chen, bem como o pesquisador de pós-doutorado e membro júnior da Rice Academy, Yi Cheng, são os coautores principais do estudo.
Os coautores incluem a administradora de pesquisa de ciência de materiais e nanoengenharia Ksenia Bets; o ex-pesquisador de pós-doutorado e agora visitante acadêmico no laboratório do Tour Rodrigo Salvatierra; o pesquisador de pós-doutorado Bing Deng; os alunos de pós-graduação em física aplicada Chang Ge, Duy Luong e Emily McHugh; os ex-alunos da Rice John Li e Zicheng Wang; o cientista pesquisador em química Carter Kittrell; o cientista pesquisador em ciência de materiais e nanoengenharia Guanhui Gao; o professor assistente de ciência de materiais e nanoengenharia Yimo Han; e o professor de engenharia Karl F. Hasselmann e professor de ciência de materiais e nanoengenharia Boris Yakobson.
O estudo foi apoiado pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea, pelo Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA (ERDC) e pela Rice Academy Fellowship.
.
