Ressíntese e reciclagem direta de catodos de baterias descartadas de íons de lítio e caracterizações eletroquímicas

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Sita, Lucas Evangelista
• Orientador(a): Scarminio, Jair
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Baterias de íons de lítio; Ressíntese; Reciclagem direta; NMC532; NMC111; Física; Baterias elétricas; Reciclagem; Meio ambiente; Eletrodos; lítio; Energia elétrica; Elétrons
• Área do conhecimento CNPq: Ciências Exatas e da Terra - Física
• Link de acesso: https://repositorio.uel.br/handle/123456789/18500

A reciclagem das baterias de íons de lítio (BILs) tem se mostrado uma das alternativas mais eficazes para evitar danos ambientais por seu descarte, e na reinserção de compostos químicos de valor na cadeia produtiva de novas baterias. Neste trabalho, são mostrados os resultados e análises de dois métodos de reciclagem do material do catodo de BILs descartadas. O primeiro envolve a ressíntese dos catodos Li1Ni0,5Mn0,3Co0,2O2 (NMC532) e Li1Ni1/3Mn1/3Co1/3O2 (NMC111) pela técnica sol-gel, utilizando como matéria-prima uma mistura dos materiais dos catodos extraído de oito baterias em fim de vida, de composição LixNi0,5Mn0,3Co0,2O2 (x<1). Análises de difração de raios-X confirmaram a formação das fases únicas de NMC532 e NMC111, com alta cristalinidade, elevado ordenamento cristalográfico e baixa troca catiônica, conforme verificado pelo refinamento de Rietveld. Eletrodos confeccionados com os catodos ressintetizados mostraram uma boa ciclabilidade em vinte ciclos, mas capacidades de carga específica um pouco inferior aos valores da literatura (140 mAh/g). O segundo processo, se baseia na reciclagem direta (RD) de catodos de BILs descartadas, visto que a perda de lítio ao longo dos ciclos de carga e descarga em conjunto com desordenamento estrutural, são responsáveis pelo esgotamento das BILs. Usou-se catodos NMC532 extraídos de baterias de carro elétrico em final de vida útil (EoL) e descartadas pelo fabricante durante o controle de qualidade (QCR). Testes de carga e descarga em eletrodos manufaturados com os dois tipos de catodos mostraram uma capacidade de carga inicial em torno de 155,0 mAh g?¹. No entanto, ao final de cem ciclos perdas de capacidade de 2,82 e 9,55 mAh g?¹ foram observadas para os catodos relitiados QCR e EoL, respectivamente, refletindo uma menor estabilidade eletroquímica para o catodo EoL. Os dois métodos de reciclagem testados resultaram em novos catodos do tipo NMC estequiométricos, altamente ordenados e de complexidade operacional de fabricação relativamente baixas, podendo ser, em princípio escalonados industrialmente. No entanto, estudos mais elaborados são exigidos visando aumentar da capacidade de carga específica e estabilidade de ciclagem dos eletrodos.