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Quantas baterias recarregáveis de íons de lítio você está usando? Quantos estão em sua vizinhança geral?
Provavelmente mais do que alguns, e eles são ótimos para alimentar todas as coisas importantes para a vida moderna: celulares, relógios, computadores, carros e muito mais.
Mas para onde vão quando falham é um problema crescente. Os cientistas da Rice University acreditam ter uma solução parcial que depende do processo de aquecimento Joule “flash” exclusivo que desenvolveram para produzir grafeno a partir de resíduos.
O laboratório Rice do químico James Tour reconfigurou o processo para regenerar rapidamente materiais de ânodo de grafite encontrados em baterias de íon-lítio, removendo impurezas para que possam ser usados repetidamente.
O trabalho do laboratório aparece em Materiais avançados.
Piscar ânodos em pó de baterias comerciais recicla parte do que os pesquisadores chamam de acúmulo “impressionante” de resíduos que atualmente deixam para trás. Em apenas alguns segundos, um choque de alta energia decompõe sais inorgânicos, incluindo lítio, cobalto, níquel e manganês de um ânodo. Estes podem ser recuperados processando-os com ácido clorídrico diluído.
“Espera-se que a produção de baterias de íon-lítio em 2026 seja cinco vezes maior do que em 2017 e, no momento, menos de 5% delas são recicladas”, disse Tour, que introduziu o processo flash para o grafeno em 2020. “ Isso coloca uma carga pesada no meio ambiente, pois essas baterias gastas são processadas e os ânodos queimados para geração de energia ou enviados para aterros sanitários.
“Estamos afirmando que nosso processo pode recuperar metais críticos e recondicionar ânodos de uma maneira muito mais ecológica e econômica”, continuou ele.
O laboratório relatou que ânodos intermitentes degradam a interfase sólido-eletrólito (SEI), que conduz íons de lítio, mas também isola o ânodo de reações prejudiciais.
O flashing então reveste as partículas de grafite remanescentes com uma camada de carbono permeável a íons que contribui para sua capacidade futura, desempenho de taxa e estabilidade cíclica em comparação com materiais convencionalmente reciclados em um processo demorado e com uso intensivo de energia conhecido como calcinação de alta temperatura.
O laboratório estimou que custaria cerca de US$ 118 para reciclar uma tonelada de resíduos anódicos não tratados. Eles demonstraram que ânodos reciclados rapidamente têm uma capacidade específica recuperada de 351 milliAmp horas por grama a 32 graus Fahrenheit, superior ao desempenho de taxa e estabilidade eletroquímica de ânodos reciclados não tratados ou calcinados.
Os ânodos reciclados que os pesquisadores testaram retiveram mais de 77% de sua capacidade após 400 ciclos de recarga.
“Além dos ânodos de grafite gastos, estamos confiantes de que os cátodos, os eletrólitos e suas misturas podem ser efetivamente reciclados ou recondicionados por nosso método”, disse o estudante de graduação de Rice, Weiyin Chen, principal autor do estudo.
Os co-autores são o visitante acadêmico de Rice, Rodrigo Salvatierra; ex-aluno John Tianci Li; o cientista pesquisador Carter Kittrell; estudantes de pós-graduação Jacob Beckham, Kevin Wyss, Nghi La, Paul Savas, Chang Ge, Paul Advincula, Phelecia Scotland e Lucas Eddy; e os pesquisadores de pós-doutorado Bing Deng e Zhe Yuan.
Tour é o TT e WF Chao Chair em Química e professor de ciência de materiais e nanoengenharia.
O Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea (FA9550-19-1-0296), o Laboratório Nacional de Tecnologia de Energia do Departamento de Energia (DE-FE0031794) financiou a pesquisa.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Universidade Rice. Original escrito por Mike Williams. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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