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Chen Fang sostiene un vial (izquierda) que contiene una lámina de cobre colectora de corriente de una batería que se ha liberado por completo de los valiosos componentes del electrodo después de que se disolvió el aglutinante de liberación rápida, y otro vial (derecha) donde el aglutinante se disuelve activamente en agua alcalina. Imagen: Marilyn Sargent/Berkeley Lab

Científicos de Berkeley Lab han encontrado un modo de reciclar una amplia gama de baterías de forma sencilla, segura y económica. La clave está en el «Quick-Release», un aglutinante que facilita el proceso.

No nos cansamos de repetirlo: las baterías de iones de litio han revolucionado la forma en que almacenamos energía en todo tipo de sectores; desde la electrónica hasta los vehículos.

Sin embargo, todos somos conscientes de que este tipo de batería necesita un relevo a medio plazo, pues basan su fabricación y rendimiento en materiales costosos, escasos y medioambientalmente cuestionables como el litio, el níquel, el cobalto o el grafito).

No son pocos los estudios e investigaciones que buscan tecnologías alternativas a las baterías de litio. Pero, algunos más y otros menos, siguen lejos de consolidarse como sustitutos para una química que actualmente monopoliza el mercado casi por completo.

Otra alternativa para atajar los problemas que plantea el uso masivo de baterías de litio es conseguir un modo eficiente de reciclar los millones de celdas de este tipo que ya se han fabricado y se siguen fabricando en la actualidad.

De este modo, la necesidad de materias primas nuevas se reduce y, de paso, se soluciona un problema medioambiental añadido a la producción de esta tecnología. Sin embargo, de momento no hay sistemas de reciclado implementados a gran escala que cumplan esos propósitos.

El Berkeley Lab, administrado por la Universidad de California para la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de Estados Unidos, afirma haber encontrado la solución. Y esta se basa en un proceso extremadamente sencillo.

Así se llama el elemento clave del nuevo sistema de reciclaje presentado por los científicos del Berkeley Lab.

Se trata de un aglutinador que permite recuperar y separar los materiales valiosos de las baterías de litio con la simple adición de agua. «Estamos llegando al punto en que el reciclaje de baterías será un requisito», ha declarado el líder del proyecto Gao Liu, científico sénior en el Área de Tecnologías Energéticas de Berkeley Lab y miembro del Centro de Almacenamiento de Energía de Berkeley Lab.

«Si no dejamos de quemarlas y tirarlas a la basura, nos quedaremos sin recursos en los próximos 10 años. De lo contrario, es imposible mantenerse al día con la cantidad de baterías que exige el mercado. Simplemente no hay suficiente cobalto, no hay suficiente níquel, tenemos que reciclar».

Liu se refiere al complejo e ineficiente proceso de reciclado actualmente en uso, que consiste en triturar, moler y quemar las baterías para posteriormente separar los metales del resto de componentes.

Una batería hecha con «Quick-Release Binder» simplemente debe abrirse, colocarse en agua alcalina a temperatura ambiente y agitarse suavemente. Los elementos separados se filtran fácilmente del agua y se secan al aire.

Esto es posible gracias al mencionado aglutinante. Este es una sustancia similar al pegamento que se utiliza para unir las sustancias químicas conductoras que generan la corriente eléctrica, así como los materiales estructurales que mantienen los ingredientes activos para un rendimiento constante y duradero.

Separar estos elementos del aglutinante es complicado en las baterías convencionales, pero el aglutinante «Quick-Release» desarrollado en Berkeley está hecho de dos polímeros disponibles comercialmente, ácido poliacrílico (PAA) y polietilenimina (PEI), que se unen mediante un enlace entre átomos de nitrógeno cargados positivamente en PEI y átomos de oxígeno cargados negativamente en PAA.

Cuando el material aglutinante sólido se coloca en agua alcalina, que contiene hidróxido de sodio, el ion de sodio aparece en el sitio de unión, separando los dos polímeros. Los polímeros separados se disuelven en el líquido, liberando cualquier componente de electrodo incrustado en su interior.

Este nuevo aglutinante es adecuado para la producción de ánodos y cátodos y cuesta menos que otros aglutinantes comerciales comúnmente utilizados.

Según Fang, la investigación reciente ha demostrado que su uso es fácil a nivel de laboratorio y no hay motivos para pensar que no sea igual de efectivo a nivel industrial.

El equipo cree que el material se puede utilizar en baterías de todos los tamaños, desde los teléfonos móviles hasta las grandes baterías de almacenamiento de energía de la red eléctrica.

Esta tecnología ya ha sido reconocida en los premios R&D 100 como una de las tecnologías revolucionarias a nivel mundial en 2022. Pero ahora queda superar el escollo que muchas investigaciones no consiguen librar: llegar a la producción.

Para conseguirlo, Berkeley Lab está trabajando con Steve Loop, desarrollador de reciclaje de baterías y fundador de OnTo Technologies. Los experimentos anteriores demostraron que el aglutinante es altamente estable a voltajes altos y bajos, y ahora planean construir prototipos de baterías de iones de litio con el aglutinante para analizar su rendimiento de manera integral y mostrar su funcionalidad.

«No hay ningún obstáculo fundamental para adaptar el proceso de fabricación actual para usar el aglutinante porque en realidad simplificará la fabricación por la misma razón que simplifica el reciclaje: puede usar agua en lugar de solventes fuertes», argumenta Chen.

«Los fabricantes actuales necesitan instalar instrumentos o instalaciones adicionales para proteger a los trabajadores del vapor de solvente tóxico y para gestionar la eliminación segura del solvente», recuerda. El sistema de liberación rápida eliminaría esos pasos.

Liu y Sloop se están reuniendo con compañías de baterías y fabricantes de aglomerantes para discutir la comercialización. Esperan licenciar la tecnología «Quick-Release» para que pueda usarse en todas las principales marcas de iones de litio.

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