Reciclaje del aluminio proveniente de las baterías de ion-litio agotadas para la síntesis de MgAl2O4

Abstract

La creciente demanda mundial de baterías de ion litio (LIB) y su vida útil relativamente corta, ha traído como consecuencia una gran acumulación de baterías desechadas cuya disposición inadecuada puede afectar negativamente al medioambiente y a la salud humana. Una gestión adecuada de las mismas involucra la recolección, clasificación y reciclaje de las LIB agotadas (SLIB). El reciclaje del material catódico de las SLIB ha sido extensamente estudiado. Sin embargo, pocas investigaciones se enfocan en el reciclaje de las láminas de aluminio (Al). Estas láminas se usan en el cátodo de las SLIB como soporte del material catódico y funcionan como colectores de corriente. Este residuo metálico se podría aprovechar para sintetizar materiales con aplicación tecnológica que requieran al Al como materia prima. Un ejemplo de ello es la espinela de aluminato de magnesio (MgAl2O4), la cual tiene propiedades físicas de interés tecnológico y se puede aplicar en conductores superiónicos, aislantes eléctricos o, incluso, en superconductores. En este trabajo se investigó el reciclaje del Al proveniente de las SLIB para sintetizar MgAl2O4. Las láminas de Al fueron pretratadas con NH4Cl y posteriormente calcinadas en presencia de MgCl2·6H2O para producir la reacción de síntesis. Se realizaron ensayos en condiciones no-isotérmicas e isotérmicas, en un analizador termogravimétrico. Se estudió el efecto de temperatura y tiempo de reacción para la formación de MgAl2O4. Los productos y residuos sólidos de la síntesis fueron caracterizados empleando diferentes técnicas, como difractometría de rayos X (DRX), microscopia electrónica de barrido (SEM) y microanálisis por espectroscopia de rayos X (EDS). El estudio se llevó a cabo en el intervalo de temperatura comprendido entre 500 y 900 °C y tiempos de reacción entre 15 y 120 min. Los resultados experimentales mostraron que las condiciones óptimas de formación de la espinela fueron 700 ºC y un tiempo de reacción de 60 min.

The growing global demand for lithium-ion batteries (LIB) and the fact that they have a relatively short lifespan have resulted in a large accumulation of spent batteries whose improper disposal can negatively affect the environment and human health. Proper management involves collection, sorting and recycling of spent LIB. The recycling of the cathode material from spent LIB has been extensively studied. However, little research focuses on the recycling of aluminum (Al) foils. These foils are used in the cathode of LIB as a support for the cathode material and function as current collectors. This metal residue could be used to synthesize materials with technological applications that require Al as raw material. An example of this is the magnesium aluminate spinel (MgAl2O4), which has physical properties of technological interest and can be applied in superionic conductors, electrical insulators or even superconductors. In this work, the recycling of Al from spent LIBs to synthesize MgAl2O4 was investigated. The Al foils were pre-treated with NH4Cl and then calcined in the presence of MgCl2·6H2O to produce the synthesis reaction. Assays were carried out under non-isothermal and isothermal conditions in a thermogravimetric analyzer. The effect of both temperature and reaction time for the formation of MgAl2O4 was studied. The products and solid residues of the synthesis were characterized using different techniques, such as X-ray diffractometry (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and microanalysis by X-ray spectroscopy (EDS). The study was carried out in the temperature range between 500 and 900 °C and reaction times between 15 and 120 min. The experimental results showed that the optimum conditions to produce the spinel were 700 °C and a reaction time of 60 min.