Flujo de proceso de la tecnología desarrollada. Crédito: Corea Institute of Energy Research (Kier)
Un equipo de investigación de Kier dirigido por el Dr. Yu-Jin Han y el Dr. Sang-Hoon Park han desarrollado una tecnología central para refinar los subproductos de grafito industrial en materiales de ánodo de alta pureza para baterías de iones de litio, un avance que podría disminuir en gran medida la confianza en el grafito importado.
El grafito, la materia prima esencial para los ánodos de batería de iones de litio en vehículos eléctricos, representa aproximadamente el 30% del peso de la celda y el 10% del costo de producción. Sin embargo, Corea se basa en China para más del 90% de su suministro, creando riesgos de aumento de precios y disponibilidad inestable en medio de incertidumbres globales.
La incertidumbre se hizo evidente en julio pasado, cuando el Departamento de Comercio de los Estados Unidos impuso aranceles pronunciados a los grafitos chinos utilizados en los materiales de ánodo, aumentando las preocupaciones sobre la estabilidad futura del suministro.
En respuesta, el equipo desarrolló una tecnología central para transformar subproductos industriales nacionales en materiales de ánodo de alto valor. Su nuevo método de eliminación de impurezas simplifica los pasos convencionales y permite la producción de ánodos de grafito con competitividad de costos a la par con los materiales comerciales. La investigación es publicado En el Journal de Ingeniería Química.
La producción de ánodos de alta pureza a partir de subproductos de grafito requiere la eliminación completa de las impurezas metálicas. Los métodos actuales se basan en un tratamiento de ácido duro y un procesamiento de calor por encima de 2,000 ° C, lo que lleva a la contaminación ambiental y los altos costos que socavan la viabilidad económica. Además, la investigación limitada sobre la eliminación de las impurezas dentro del grafito plantea dudas sobre el rendimiento de los materiales reciclados.
Grafito purificado producido a través del nuevo proceso. Crédito: Corea Institute of Energy Research (Kier)
Para abordar estos desafíos, el equipo de investigación desarrolló un proceso de varios pasos que consistía en la eliminación de la impureza de la superficie a través del tratamiento ultrasónico, la eliminación de impurezas metálicas internas y la restauración estructural a través del recubrimiento de carbono pirolítico. Primero, al usar un reactor ultrasónico, causaron impurezas más ligeras a flotar mientras que las partículas de grafito más pesadas se asentaron, eliminando así las impurezas de la superficie.
A continuación, al utilizar los fenómenos de migración térmica y segregación, el equipo indujo las impurezas metálicas residuales dentro del grafito para migrar a la superficie, donde se convirtieron en óxidos y se hicieron más fáciles de eliminar. En el paso final, aplicaron un recubrimiento de carbono a la superficie del grafito, mejorando significativamente la estabilidad estructural y el rendimiento electroquímico. Este enfoque permite la eliminación de impurezas efectiva a temperaturas más bajas que los métodos convencionales, lo que logran tanto la eficiencia económica como la amabilidad ambiental.
Los ánodos de grafito producidos con la tecnología desarrollada lograron una eficiencia coulombic inicial del 92% y una capacidad de descarga de 362 miliamperios-horas por gramo (mAh/G), comparable a la de los anodos de grafito comerciales. Además, incluso después de 200 ciclos de carga -descarga, retuvieron el 98% de su capacidad inicial, lo que demuestra estabilidad a la par con los materiales comerciales.
El análisis económico también reveló ventajas claras. Si bien la producción de ánodos de grafito comerciales generalmente requiere un tratamiento térmico de alta temperatura por encima de 2.800 ° C, consumiendo grandes cantidades de energía, la tecnología recientemente desarrollada puede reducir los costos de producción en aproximadamente un 60% en comparación con los métodos convencionales. El equipo de investigación también está realizando estudios de seguimiento para desarrollar un proceso de próxima generación que elimine la necesidad de tratamiento térmico y tratamiento con ácido.
“Nuestro trabajo muestra que el grafito, una vez fuera de los esfuerzos de localización, ahora está emergiendo como un mineral crítico nacional”, dijo el Dr. Yu-Jin Han. “Al convertir los subproductos nacionales en ánodos de alto valor, esta tecnología fortalece la estabilidad del suministro y crea una base para la autosuficiencia”.
Más información: San-Seong Cho et al, estrategia fácil para la purificación de alta eficiencia y la regeneración de ánodos de grafito de baterías de iones de litio gastados, Chemical Engineering Journal (2025). Doi: 10.1016/j.cece.2025.163926
Proporcionado por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología
Cita: la tecnología novedosa transforma los desechos de grafito industrial en ánodos de baterías de alto rendimiento (2025, 17 de septiembre) Recuperado el 17 de septiembre de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-09-technology-industrial-Graphite-high-battery.html
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