Ai encontró una ‘poción mágica’ que puede devolver la vida a las baterías muertas
Los vehículos eléctricos dejan atrás montañas de baterías de iones de litio muertas. Una nueva “inyección” los da vuelta a la vida.
Malte Mueller/Getty Images
Un equipo de investigadores en China ha encontrado una forma de devolver la vida a las baterías de iones de litio muertaspotencialmente reduciendo tanto la cantidad de desechos que se acumulan rápidamente de las baterías de vehículos eléctricos gastados (EV) como de la necesidad de producir tantas nuevas.
“El trabajo del equipo es revolucionario porque proporciona una nueva idea para reutilizar las baterías del final de la vida”, dice Jiangong Zhu de la Universidad de Tongji en Shanghai, que investiga el uso de la batería en los vehículos eléctricos y no participó en el nuevo estudio, que se publicó recientemente en Naturaleza.
La cantidad de Batterías de iones de litio gastados que necesitan eliminación se espera que se dispare de una estimación de 900,000 toneladas métricas este año a 20.5 millones de toneladas métricas para 2040, según un informe Lanzado por el Programa de Desarrollo de las Naciones Unidas en septiembre pasado. Como el mundo líder En la implementación de los EV, China ya está manejando 2,8 millones de toneladas métricas de células retiradas en cada año, según Huang JianzhongPresidente de China Electronic Energy Saving Technology Association, un organismo comercial aprobado por el gobierno.
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Con los mercados de consumo y las pilas de residuos que crecen rápidamente, Yue Gao, químico de la Universidad de Fudan en Shanghai, y sus colegas anticiparon una creciente demanda de una vida más larga baterías de iones de litio.
Un Batería EV generalmente llega al final de su vida, o cuando su capacidad cae por debajo de 80 porcentaje de su nivel original, después de aproximadamente De ocho a 10 años. La batería cuenta Alrededor de 40 porcentaje del costo de todo el vehículo.
Gao y sus colegas querían encontrar una molécula que pudiera reponer una célula muerta infundiéndola con iones de litio. Pero “no teníamos idea de qué tipos de moléculas podrían hacer ese trabajo o cuáles serían sus estructuras químicas, por lo que utilizamos el aprendizaje automático para ayudarnos”, dice Chihao Zhao, un doctorado. Estudiante de la Universidad de Fudan, miembro del equipo de GAO, pero no fue coautor del nuevo estudio.
Los iones de litio se restauraron a un paquete de baterías gastadas inyectando una solución de electrolito.
Los investigadores utilizaron un modelo de inteligencia artificial capacitado en las reglas de la química. Lo alimentaron con una base de datos de reacciones electroquímicas y si hubiera buscado moléculas que cumplieran con sus requisitos, como disolver bien en una solución electrolítica y ser relativamente barato de producir. El modelo recomendó tres candidatos, y el equipo identificó a uno de ellos, una sal llamada litio trifluorometanosulfinato (Liso2CF3), como ideal.
Los investigadores probaron esta sal de iones de litio disolviéndola en una solución electrolítica, lo que permite que los iones pasen entre los terminales positivos y negativos de una célula. Gao compara esto con darle a un paciente humano un IV. “Si podemos darle una inyección a una persona enferma para ayudarlos a recuperarse”, dice, “¿por qué no podemos tener una poción mágica para las baterías drenadas también?”
Gao y sus colegas encontraron que la mezcla química podría prolongar significativamente la vida útil de una celda de batería de fosfato de hierro de litio (LFP). Una batería LFP que alimenta un EV generalmente se puede cargar y luego descarga aproximadamente 2,000 veces antes de que se considere “muerta” (cuando su capacidad está por debajo de la marca del 80 por ciento). Al agregar el electrolito cada vez que la batería se acercaba a ese umbral, el equipo pudo restaurar la mayor parte de la capacidad de la celda cada vez, y continuaba trabajando casi tan bien como una batería nueva. Al final del experimento, la célula recuperó el 96 por ciento de capacidad después de casi 12,000 ciclos de carga de carga.
Un experimento de seguimiento mostró que el método también funcionó en las baterías de iones de litio NMC (níquel, manganeso y cobalto), dice Gao.
La Universidad de Fudan está actualmente Trabajando con el fabricante de materiales de batería con sede en China Zhejiang Yongtai material nuevo Para comercializar el método, según una publicación de redes sociales publicada por Yongtai. Gao prevé un sistema generalizado de “estaciones de refuerzo de baterías” donde los propietarios de EV podrán traer fuentes de energía muerta para ser rejuvenecidas.
La idea es “prometedora”, dice Chenguang Liu de la Universidad Xi’an Jiaotong-Liverpool en China, que investiga materiales de batería y no participó en el estudio. Pero cita algunos desafíos. Por ejemplo, el método deberá hacerse compatible con varios químicos de batería, y se debe probar la seguridad de las celdas revividas.
Y la energía EV no proviene de una sola celda simple, sino de un paquete de baterías que puede comprender cientos o incluso miles de celdas, junto con sistemas de control de calor y otros componentes. “Solo hemos realizado experimentos en las celdas, y necesitamos encontrar una manera de aplicarlo en un paquete de baterías integrales”, dice Gao.
El método de su equipo es lo más cercano a un “proceso de reciclaje directo” para las baterías de EV en China hoy, dice Hans Eric Melin, analista de reutilización de baterías y reciclaje y director gerente de Circular Energy Storage, una consultora con sede en Londres. (En China, algunas baterías de EV degradadas se utilizan actualmente para alimentar otros productos que requieren salidas de energía más bajas, como ciclomotores eléctricos y estaciones de almacenamiento de energía. Otras son aplastado y destrozado en desechos industriales llamado “masa negra“De la cual se pueden cosechar materias primas valiosas, como litio y grafito.
Melin cree que podría haber oportunidades comerciales para la propuesta de los investigadores, aunque él dice que es probable que el mercado sea pequeño porque la vida útil de una batería EV puede ser de hasta 15 años. También requerirá paquetes de baterías que están diseñados para permitir inyecciones del electrolito, señala.
“La pregunta”, agrega, “es si los beneficios valen la pena si [the required changes] de alguna manera interfire con otros aspectos de diseño necesarios para el rendimiento de la batería “.