De la basura al tesoro: un nuevo método regenera eficazmente las baterías gastadas de óxido de litio y cobalto
Un paso importante hacia la reutilización sostenible de las pilas
Las baterías de iones de litio son esenciales para la electrónica y los vehículos eléctricos, pero su limitada vida útil -de 5 a 8 años- genera grandes volúmenes de residuos peligrosos. Las tecnologías de reciclado actuales, como la pirometalurgia y la hidrometalurgia, consumen mucha energía, son perjudiciales para el medio ambiente e ineficaces, sobre todo cuando se trata de cátodos muy degradados. Estos materiales suelen sufrir colapso estructural, agotamiento del litio y formación de fases superficiales de espinela como Co₃O₄, que dificultan la regeneración. Aunque el reciclado directo ofrece una alternativa más limpia, se enfrenta a la difusión desigual del litio y a barreras energéticas elevadas. Estos retos ponen de relieve la urgente necesidad de métodos innovadores y de bajo impacto que puedan restaurar eficazmente la funcionalidad de los cátodos LIB gastados.、
Ilustración esquemática del proceso de regeneración de cátodos de óxido de cobalto y litio (LCO) muy degradados. Mediante la molienda con bolas, el LCO gastado estructurado en fase espinela (SLCO) se transforma en un producto intermedio amorfo (rLCO), lo que facilita la reposición del litio y la restauración estructural. El tratamiento posterior con LiOH permite la formación de LCO regenerado (RLCO) con una arquitectura en capas y un rendimiento electroquímico restaurados.
Energy Materials and Devices, Tsinghua University Press
Publicado en marzo de 2025 en Energy Materials and Devices, un estudio en colaboración desveló una técnica asistida por molienda de bolas para revitalizar cátodos envejecidos de LiCoO₂ (LCO). Mediante la transformación de estructuras cristalinas degradadas en intermedios amorfos, seguida de sinterización a altas temperaturas, los investigadores reconstruyeron con éxito la arquitectura de capas y recuperaron el rendimiento de las baterías. Los cátodos regenerados demostraron una capacidad de 179,10 mAh-g-¹ a 0,5 C, igualando la de los nuevos materiales comerciales. El método ofrece ventajas convincentes sobre las vías de reciclado convencionales en términos de eficiencia, coste y huella ambiental, lo que supone un paso significativo hacia la reutilización sostenible de las baterías.
En el núcleo de este estudio se encuentra una estrategia de transformación estructural impulsada por la molienda de bolas. El proceso convierte la fase espinela rígida y propensa a los defectos (Co₃O₄), que suele formarse en los cátodos de LCO degradados, en una fase amorfa homogénea. Este intermedio no sólo alivia la tensión interna, sino que también facilita la reintegración uniforme del litio durante la posterior sinterización a alta temperatura. Los cátodos de LCO regenerado (RLCO) alcanzaron una elevada capacidad de descarga de 179,10 mAh-g-¹ a 0,5 C, muy similar a los estándares comerciales. Las métricas de rendimiento fueron prometedoras: 91,7% de eficiencia coulómbica inicial y 88% de retención de la capacidad tras 100 ciclos. La modelización por elementos finitos confirmó una difusión superior del litio dentro de la fase amorfa, en comparación con las técnicas de reparación convencionales. Económicamente, el método reduce los costes de reciclado en aproximadamente un 25% en comparación con la hidrometalurgia, elimina la generación de aguas residuales tóxicas y ofrece un beneficio previsto de 1.503 dólares por kilogramo de material recuperado. Técnicas avanzadas de caracterización, como HAADF-STEM, XRD y XPS, verificaron el restablecimiento completo de la estructura cristalina en capas y la eliminación de los defectos relacionados con el Co²⁺. Los resultados abordan los obstáculos existentes desde hace tiempo en la regeneración directa de cátodos y sientan las bases para extender este método a otras químicas de cátodos ampliamente utilizadas, como el níquel-manganeso-cobalto (NMC) y el fosfato de hierro y litio (LFP).
"Este trabajo replantea la degradación estructural como una oportunidad", afirma Guangmin Zhou, coautor del estudio. "El intermedio amorfo actúa como una 'autopista de reparación' para el litio, ofreciendo una estrategia generalizable para regenerar otros materiales catódicos como el NMC o el LFP". Expertos independientes han destacado el potencial del método para su implantación a gran escala, citando su capacidad para reducir la dependencia de las materias primas y disminuir los residuos electrónicos. El equilibrio entre rigor científico y viabilidad práctica del estudio lo convierte en una referencia importante para el futuro del reciclado de baterías.
Esta técnica de regeneración es muy prometedora para la tecnología de baterías sostenibles y la economía circular. Al permitir el reciclado eficiente y a gran escala de cátodos de LCO degradados, el método podría reducir significativamente la dependencia de cobalto virgen y recursos críticos de litio con cadenas de suministro limitadas y geopolíticamente sensibles. Su rentabilidad y sencillez operativa lo hacen idóneo para su adopción industrial, con una posible integración en los actuales flujos de trabajo de fabricación de baterías. Además, se ajusta a normativas medioambientales estrictas como el Reglamento de la UE sobre baterías, ofreciendo una alternativa baja en carbono y libre de residuos a los sistemas de reciclado tradicionales. Más allá del LCO, los principios subyacentes de la ingeniería de la fase amorfa y la restauración estructural podrían aplicarse a otros productos químicos, apoyando una innovación más amplia en las soluciones de almacenamiento de energía de próxima generación.
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