Do lixo ao tesouro: um novo método regenera eficazmente as baterias de óxido de lítio-cobalto usadas
Um passo significativo para a reutilização sustentável das baterias
As baterias de iões de lítio são essenciais para alimentar a eletrónica e os veículos eléctricos, mas o seu tempo de vida limitado - normalmente 5 a 8 anos - conduz a enormes volumes de resíduos perigosos. As actuais tecnologias de reciclagem, como a pirometalurgia e a hidrometalurgia, consomem muita energia, são prejudiciais ao ambiente e ineficientes, especialmente quando se trata de cátodos gravemente degradados. Estes materiais sofrem frequentemente de colapso estrutural, depleção de lítio e formação de fases de espinélio de superfície como o Co₃O₄, que dificultam a regeneração. Embora a reciclagem direta ofereça uma alternativa mais limpa, debate-se com a difusão desigual do lítio e com as elevadas barreiras energéticas. Esses desafios destacam a necessidade urgente de métodos inovadores e de baixo impacto que possam restaurar efetivamente a funcionalidade dos cátodos LIB gastos.
Ilustração esquemática do processo de regeneração de cátodos de óxido de lítio e cobalto (LCO) fortemente degradados. Através da moagem de bolas, o LCO gasto estruturado em fase espinélio (SLCO) é transformado num intermediário amorfo (rLCO), facilitando a reposição de lítio e a restauração estrutural. O tratamento subsequente com LiOH permite a formação de LCO regenerado (RLCO) com arquitetura em camadas restaurada e desempenho eletroquímico.
Energy Materials and Devices, Tsinghua University Press
Publicado em março de 2025, em Energy Materials and Devices, um estudo colaborativo revelou uma técnica assistida por moagem de bolas para revitalizar cátodos LiCoO₂ (LCO) envelhecidos. Ao transformar estruturas cristalinas degradadas em intermediários amorfos, seguidos de sinterização em altas temperaturas, os pesquisadores reconstruíram com sucesso a arquitetura em camadas e recuperaram o desempenho da bateria. Os cátodos regenerados demonstraram uma capacidade de 179,10 mAh-g-¹ a 0,5 C, igual à dos novos materiais comerciais. O método oferece vantagens atraentes em relação às vias de reciclagem convencionais em termos de eficiência, custo e pegada ambiental - marcando um passo significativo para a reutilização sustentável de baterias.
No centro deste estudo está uma estratégia de transformação estrutural impulsionada pela moagem de bolas. O processo converte a fase espinélio rígida e propensa a defeitos (Co₃O₄), comumente formada em cátodos LCO degradados, em uma fase amorfa homogênea. Este intermediário não apenas alivia o estresse interno, mas também facilita a reintegração uniforme do lítio durante a sinterização subsequente em alta temperatura. Os cátodos de LCO regenerado (RLCO) atingiram uma elevada capacidade de descarga de 179,10 mAh-g-¹ a 0,5 C, aproximando-se dos padrões comerciais. As métricas de desempenho foram promissoras: 91,7% de eficiência Coulombiana inicial e 88% de retenção de capacidade após 100 ciclos. A modelação por elementos finitos confirmou uma difusão superior do lítio na fase amorfa, em comparação com as técnicas de reparação convencionais. Em termos económicos, o método reduz os custos de reciclagem em cerca de 25% em comparação com a hidrometalurgia, elimina a produção de águas residuais tóxicas e oferece um lucro projetado de $1.503 por quilograma de material recuperado. Técnicas avançadas de caraterização - incluindo HAADF-STEM, XRD e XPS - verificaram a restauração completa da estrutura cristalina em camadas e a remoção de defeitos relacionados ao Co²⁺. Os resultados abordam barreiras de longa data na regeneração direta do cátodo e estabelecem a base para estender este método a outras químicas de cátodo amplamente utilizadas, como níquel-manganês-cobalto (NMC) e fosfato de ferro-lítio (LFP).
"Este trabalho considera a degradação estrutural como uma oportunidade", afirmou o Dr. Guangmin Zhou, coautor correspondente do estudo. "O intermediário amorfo atua como uma 'rodovia de reparo' para o lítio, oferecendo uma estratégia generalizável para regenerar outros materiais catódicos como NMC ou LFP. Peritos independentes sublinharam o potencial do método para uma utilização em grande escala, citando a sua capacidade para reduzir a dependência de matérias-primas e diminuir os resíduos electrónicos. O equilíbrio do estudo entre o rigor científico e a viabilidade prática torna-o uma referência importante para o futuro da reciclagem de pilhas.
Esta técnica de regeneração é muito promissora para a tecnologia de baterias sustentáveis e para os esforços de economia circular. Ao permitir a reciclagem eficiente e em grande escala de cátodos LCO degradados, o método poderia reduzir significativamente a dependência de recursos críticos de cobalto e lítio virgens com cadeias de abastecimento restritas e geopoliticamente sensíveis. A sua relação custo-eficácia e simplicidade operacional posicionam-no bem para adoção industrial, com potencial integração nos fluxos de trabalho de fabrico de baterias existentes. Além disso, alinha-se com regulamentos ambientais rigorosos, como o Regulamento de Baterias da UE, oferecendo uma alternativa de baixo carbono e sem resíduos aos sistemas de reciclagem antigos. Para além do LCO, os princípios subjacentes à engenharia da fase amorfa e à restauração estrutural podem ser aplicados a outros produtos químicos, apoiando uma inovação mais ampla nas soluções de armazenamento de energia da próxima geração.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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