Infiltración inducida por fricción de aluminio en cristales de cátodo de níquel-cobalto-manganeso (NCM): durante el desmontaje mecánico de las librías gastadas en el proceso de reciclaje, la aluminio residual de aluminio sufre contacto por fricción e incorpora en el material activo de NCM. Esta incorporación de aluminio a escala atómica altera la estructura cristalina y suprime la disolución de metales críticos (NI, CO, MN) en varios sistemas de extracción, incluidos solventes eutécticos basados en ácido, a base de amoníaco y profundos. Crédito: Ciencia avanzada (2025). Doi: 10.1002/advs.202570161
Las baterías de iones de litio (LIB) se utilizan ampliamente en electrónica de consumo, vehículos eléctricos y sistemas de energía renovable, lo que hace que el reciclaje eficiente sea crucial para la sostenibilidad. Un equipo de investigación dirigido por el Prof. Dan Tsang, profesor de ingeniería civil y ambiental en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST), ha revelado un mecanismo a escala atómica previamente no reconocido que obstruye el reciclaje eficiente de Lib.
Este avance, ahora publicado En la ciencia avanzada, desafía los supuestos de larga data y prepara el escenario para una recuperación más limpia y de alto rendimiento de metales críticos utilizados en LIBS.
A través de la caracterización avanzada y el modelado de los primeros principios, el equipo de investigación encontró que las impurezas de aluminio (AL), que provienen del desmontaje mecánico de las LIB durante el proceso de reciclaje, penetran NCM (níquel-Cobalt-Manganes) y reestructuran la química interna de los cátodos.
Esto desencadena la formación de enlaces de aluminio-oxígeno ultra estables, inmovilizando metales valiosos y suprimiendo la lixiabilidad de los metales, lo que dificulta la extracción, especialmente en los sistemas de solventes ácidos comúnmente utilizados en hidrometalurgia (el uso de soluciones a base de agua para extraer metales).
Impacto subestimado: aluminio como una barrera oculta para el reciclaje
Durante décadas, la presencia de aluminio en librios gastados (es decir, usados) se ha considerado una molestia operativa o un problema menor: ahora, ha demostrado ser un disruptor mecanicista que puede obstaculizar significativamente los esfuerzos de reciclaje. Los investigadores de HKUST descubrieron que durante el desmontaje mecánico de los LIB, la aluminio de aluminio residual puede infiltrarse en los cristales de cátodo NCM (níquel -cobalto -manganeso) a través del contacto friccional, alterando sutilmente pero profundamente la química interna de los cátodos.
Utilizando el modelado avanzado de la teoría funcional de microscopía y densidad (DFT), el equipo encontró que los átomos de aluminio reemplazan selectivamente el cobalto, formando enlaces altamente estables de aluminio -oxígeno que anclan el oxígeno en red y suprimen la liberación de metales críticos como el níquel (NI), el cobalto (CO) y el manejo (Mn) durante la llave.
“Hemos demostrado que incluso pequeñas cantidades de contaminación del aluminio pueden cambiar fundamentalmente cómo se comportan los materiales de NCM en los sistemas de reciclaje”, dijo el profesor Tsang. “Esto exige un cambio de paradigma en la forma en que gestionamos las vías de impurezas en la recuperación de la batería hasta la batería”.
El estudio reveló además que los tipos de solventes utilizados en el proceso de reciclaje afectan la forma en que se comporta el aluminio, lo que demuestra los efectos dependientes del solvente. Por ejemplo, el aluminio ralentiza la liberación de metal en ácido fórmico, lo mejora en el amoníaco y conduce a resultados mixtos en solventes eutécticos profundos, lo que ilumina la necesidad de un diseño de proceso preciso impulsado por la química.
Esquema que ilustra la activación sincrónica de los enlaces de carbono y oxígeno en libs gastados: al aprovechar el grafito de los materiales de ánodo, el equipo de HKUST promueve la activación interfacial de enlaces de carbono -oxígeno, que acelera la descomposición térmica de la descomposición térmica de níquel -níquel -cambio -manganese (NCM) catodes en el carbono de liutadrices de níquelo (ncobaltium). óxidos de metal (Ni, CO, Mn) para el reciclaje de circuito cerrado. Crédito: Ciencia avanzada (2025). Doi: 10.1002/advs.202570161
Construyendo el futuro de las baterías circulares
Juntos, estos descubrimientos forman una hoja de ruta coherente para superar dos cuellos de botella críticos en el reciclaje de lib: interferencia de impureza e intensidad de energía. Al combinar el análisis de impurezas de precisión con estrategias de descomposición inteligente, la investigación equipa a la industria y a los formuladores de políticas con las herramientas necesarias para escalar sistemas de recuperación de baterías sostenibles.
“No solo estamos resolviendo problemas, estamos reformulando cómo se ve el reciclaje de baterías eficiente y alineado con clima”, enfatizó el profesor Tsang.
Estas innovaciones también se alinean con los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas (ODS), particularmente aquellas centradas en el consumo y producción responsables, la energía asequible y limpia y la acción climática.
Más información: Kang Liu et al, Disolución de materiales de cátodo de batería de iones gastados: importancia pasada por alto de las impurezas de aluminio, ciencia avanzada (2025). Doi: 10.1002/advs.202417737
Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong
Cita: Los avances en el reciclaje de baterías de iones de litio mejoran la recuperación crítica del metal y reducen las emisiones de carbono (2025, 28 de julio) Recuperado el 28 de julio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-07-advances-lithium- ion-battery-recycling.html
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