Estudio de la lixiviación hidrotérmica de cátodos de LFP de baterías de ion litio

Abstract

El uso de vehículos eléctricos puede ser una alternativa viable para la reducción de las emisiones de CO2 y otros gases contaminantes, asociados a la combustión de combustibles fósiles en el sector del transporte. Esto ha impulsado una creciente y sostenida comercialización de vehículos eléctricos, con el consecuente aumento de la producción, uso y descarte de baterías. Las baterías, y en particular las de los vehículos eléctricos, contienen diversos materiales valiosos que su vez pueden tener un efecto negativo para el medio ambiente. Resolver qué hacer con estos materiales una vez finalizada la vida útil de la batería, es un problema que está ganando cada día más importancia, ya que eventualmente deberá resolverse su disposición final. En esta tesis se evaluó la recuperación de litio presente en el cátodo de una batería de ión-lítio comercial del tipo fosfato de hierro litio (LiFePO4). El método de recuperación estudiado se basa en la lixiviación hidrotérmica del material catódico usando ácido cítrico como agente lixiviante. Las experiencias se realizaron en un reactor hidrotérmico marca Parr de 500 mL con agitación de 150 rpm, utilizando una proporción sólido/líquido de 20 g L-1 y atmósfera inerte. Se estudiaron diferentes condiciones de temperatura, concentración de ácido y tiempos de reacción, buscando la combinación que resulte en un mayor rendimiento en la recuperación de litio. El material de partida y el sólido obtenido luego de la reacción fueron caracterizados mediante análisis estructural, morfológico, químico y térmico (DRX, SEM/EDS, análisis elemental y TGA). Para hallar el porcentaje de recuperación del litio se determinó la concentración de este elemento en el material catódico original y en el lixiviado, mediante espectroscopía de emisión atómica por plasma de microondas (MP-AES). Los resultados revelan que la lixiviación se ve favorecida por el aumento de la concentración de ácido cítrico, pero no así por el aumento de temperaturas más allá de 150 ºC o tiempos mayores a 55 min. El máximo rendimiento en la recuperación de litio se alcanza con una temperatura de 100 ºC, concentración de ácido de 0,5 mol L-1 y 55 min de reacción.