Resumen gráfico. Crédito: Nature Chemistry (2025). Doi: 10.1038/s41557-025-01917-6
El boom de los vehículos eléctricos de hoy es la montaña de desechos electrónicos de mañana. Y mientras se están realizando innumerables esfuerzos para mejorar el reciclaje de la batería, muchas baterías EV aún terminan en vertederos.
Un equipo de investigación del MIT quiere ayudar a cambiar eso con un nuevo tipo de material de batería autoensamblable que se rompe rápidamente cuando se sumerge en un líquido orgánico simple.
En un papel publicado En la química de la naturaleza, los investigadores mostraron que el material puede funcionar como el electrolito en una celda de batería de estado sólido en funcionamiento y luego volver a sus componentes moleculares originales en minutos.
El enfoque ofrece una alternativa para destrozar la batería en una masa mixta y difícil de reciclar. En cambio, debido a que el electrolito sirve como la capa de conexión de la batería, cuando el nuevo material vuelve a su forma molecular original, toda la batería se desmonta para acelerar el proceso de reciclaje.
“Hasta ahora en la industria de las baterías, nos hemos centrado en materiales y diseños de alto rendimiento, y solo más tarde intentamos descubrir cómo reciclar baterías hechas con estructuras complejas y materiales difíciles de reciclar”, dice el primer autor del periódico, Yukio Cho, Ph.D.
“Nuestro enfoque es comenzar con materiales fácilmente reciclables y descubrir cómo hacerlos compatibles con la batería. El diseño de baterías para la reciclabilidad desde el principio es un nuevo enfoque”.
Unirse a Cho en el periódico están Ph.D. El candidato Cole Fincher, Ty Christoff-Mpesta, Ph.D., Profesor de Cerámica de Kyocera, pero Ming Chiang, la profesora asociada visitante Julia Ortony, Xiaobing Zuo y Guillaume Lamour.
Mejores baterías
Hay una escena en una de las películas de “Harry Potter” donde el profesor Dumbledore limpia una casa en ruinas con el movimiento de la muñeca y un hechizo. Cho dice que esa imagen se quedó con él cuando era niño. (¿Qué mejor manera de limpiar su habitación?) Cuando vio una charla de Ortony sobre moléculas de ingeniería para que pudieran reunirse en estructuras complejas y luego volver a su forma original, se preguntó si podría usarse para que el reciclaje de baterías funcione como la magia.
Ese sería un cambio de paradigma para la industria de las baterías. Hoy en día, las baterías requieren productos químicos duros, altos calor y procesamiento complejo para reciclar.
Hay tres partes principales de una batería: el cátodo cargado positivamente, el electrodo cargado negativamente y el electrolito que transporta iones de litio entre ellos. Los electrolitos en la mayoría de las baterías de iones de litio son altamente inflamables y se degradan con el tiempo en subproductos tóxicos que requieren un manejo especializado.
Para simplificar el proceso de reciclaje, los investigadores decidieron hacer un electrolito más sostenible. Para eso, recurrieron a una clase de moléculas que se autoensamblan en agua, llamadas anfifílicas aramidas (AA), cuyas estructuras químicas y estabilidad imitan las de Kevlar.
Los investigadores diseñaron además el AAS para contener polietilenglicol (PEG), que puede realizar iones de litio, en un extremo de cada molécula. Cuando las moléculas están expuestas al agua, forman espontáneamente nanoribones con superficies y bases de PEG que conducen iones que imiten la robustez de Kevlar a través de un enlace de hidrógeno apretado.
El resultado es una estructura de nanoribón mecánicamente estable que conduce iones a través de su superficie.
“El material está compuesto por dos partes”, explica Cho. “La primera parte es esta cadena flexible que nos da un nido, o huésped, para que los iones de litio salten.
Cuando se agregan al agua, los nanoribones se autoensamblan para formar millones de nanoribones que pueden prensarse en caliente en un material de estado sólido.
“A los cinco minutos de ser agregado al agua, la solución se vuelve similar a un gel, lo que indica que hay tantas nanofibras formadas en el líquido que comienzan a enredarse entre sí”, dice Cho. “Lo emocionante es que podemos hacer este material a escala debido al comportamiento de autoensamblaje”.
El equipo probó la fuerza y la dureza del material, descubriendo que podría soportar las tensiones asociadas con la fabricación y el funcionamiento de la batería. También construyeron una celda de batería de estado sólido que usaba fosfato de hierro de litio para el cátodo y el óxido de titanio de litio como el ánodo, ambos materiales comunes en las baterías actuales.
Los nanoribbons movieron con éxito iones de litio entre los electrodos, pero un efecto secundario conocido como polarización limitó el movimiento de los iones de litio a los electrodos de la batería durante los episodios rápidos de carga y descarga, lo que obstaculiza su rendimiento en comparación con las baterías comerciales de los estándares de oro actuales.
“Los iones de litio se movieron a lo largo de la nanofibra bien, pero obtener el ion de litio de las nanofibras al óxido metálico parece ser el punto más lento del proceso”, dice Cho.
Cuando sumergieron la celda de la batería en solventes orgánicos, el material se disolvió inmediatamente, y cada parte de la batería cayó para un reciclaje más fácil. Cho comparó la reacción de los materiales con el algodón de azúcar sumergido en agua.
“El electrolito mantiene juntos los dos electrodos de batería y proporciona las vías de iones de litio”, dice Cho. “Entonces, cuando desee reciclar la batería, toda la capa de electrolitos puede caer naturalmente y puede reciclar los electrodos por separado”.
Validando un nuevo enfoque
Cho dice que el material es una prueba de concepto que demuestra el enfoque de reciclaje primero.
“No queremos decir que resolvimos todos los problemas con este material”, dice Cho.
“El rendimiento de nuestra batería no fue fantástico porque usamos solo este material como el electrolito completo para el papel, pero lo que estamos imaginando es usar este material como una capa en el electrolito de la batería. No tiene que ser todo el electrolito para iniciar el proceso de reciclaje”.
Cho también ve mucho espacio para optimizar el rendimiento del material con más experimentos.
Ahora, los investigadores están explorando formas de integrar este tipo de materiales en los diseños de baterías existentes, así como implementar las ideas en nuevas químicas de baterías.
“Es muy difícil convencer a los proveedores existentes para que hagan algo de manera muy diferente”, Cho. “Pero con los nuevos materiales de batería que pueden salir en cinco o 10 años, podría ser más fácil integrar esto en nuevos diseños al principio”.
Cho también cree que el enfoque podría ayudar a reanudar los suministros de litio reutilizando materiales de baterías que ya están en los Estados Unidos.
“La gente está empezando a darse cuenta de lo importante que es esto”, dice Cho.
“Si podemos comenzar a reciclar baterías de iones de litio de los desechos de la batería a escala, tendrá el mismo efecto que la apertura de minas de litio en los EE. UU. También, cada batería requiere una cierta cantidad de litio, por lo que extrapolando el crecimiento de vehículos eléctricos, necesitamos reutilizar este material para evitar grandes picos de precios de litio”.
Más información: Yukio Cho et al, autoensamblaje reversible de moléculas pequeñas para electrolitos de batería de estado sólido reciclable, química de la naturaleza (2025). Dos: 10.1038/s41557-025-01917-6
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, la innovación y la enseñanza.
Cita: El electrolito autoensamblable permite un desmontaje rápido para un reciclaje de baterías EV más fácil (2025, 28 de agosto) Recuperado el 28 de agosto de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-08-electrolyte-enables-rapid-disassembly-easier.html
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