Recuperación de carbonato de litio mediante lixiviación asistida con ultrasonido en el cátodo de la batería LiFePO4 utilizando agentes lixiviantes biodegradables

Abstract

En respuesta al crecimiento en la demanda de litio para aplicaciones tecnológicas, este proyecto se centra en la recuperación de carbonato de litio (Li₂CO₃) de baterías de fosfato de hierro y litio (LiFePO₄) mediante un proceso de lixiviación ácida, que emplea ácido acético y peróxido de hidrógeno, optimizado con la aplicación de ultrasonido. Este enfoque busca una alternativa ecológica y eficiente frente a métodos convencionales con ácidos inorgánicos, minimizando el impacto ambiental de los procesos de reciclaje de baterías de litio. El estudio comenzó con el desgaste controlado de una batería de LiFePO₄ mediante un potenciostato/galvanostato. Luego, se sintetizó nuevamente el material LiFePO₄ en el laboratorio para replicar el proceso en condiciones controladas, de la recuperación del litio en forma de Li₂CO₃. Durante la recuperación de litio, se realizaron ajustes de pH con hidróxido de sodio (NaOH) y se añadió carbonato de sodio (Na₂CO₃) para precipitar el carbonato de litio. Este proceso permitió obtener una muestra purificada de Li₂CO₃ para su análisis y caracterización. Las muestras obtenidas fueron evaluadas mediante espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y difracción de rayos X (DRX) para confirmar la composición y la estructura de los compuestos recuperados. Los resultados demostraron una alta eficiencia en la recuperación de Li₂CO₃, comparable a los métodos convencionales con ácidos inorgánicos. La integración del baño ultrasónico resultó en una mejora significativa en el tiempo de reacción y la pureza del material recuperado El proceso desarrollado para la recuperación de Li₂CO₃ de baterías LiFePO₄ desgastadas, mediante lixiviación con ácido acético y peróxido de hidrógeno asistido por ultrasonido, representa una alternativa prometedora y sustentable frente a métodos tradicionales. Este enfoque no solo reduce el uso de ácidos inorgánicos, sino que también mejora la eficiencia del lixiviado, haciendo viable su aplicación industrial y contribuyendo al ciclo de reciclaje de recursos clave como los precursores de litio en la economía circular. In response to the growing demand for lithium in technological applications, this project focuses on the recovery of lithium carbonate (Li₂CO₃) from lithium iron phosphate (LiFePO₄) batteries using an acid leaching process. In this phase, acetic acid and hydrogen peroxide were used, with the process optimized through the application of ultrasound. This approach seeks an ecological and efficient alternative to conventional methods with inorganic acids, minimizing the environmental impact of lithium battery recycling processes. The study began with the controlled wear of a LiFePO₄ battery using a potentiostat/galvanostat. The LiFePO₄ material was then synthesized again in the laboratory to replicate the recycling process under controlled conditions. For the recovery of lithium in the form of Li₂CO₃, pH adjustments were made with sodium hydroxide (NaOH) and sodium carbonate (Na₂CO₃) was added to precipitate lithium carbonate. This process allowed obtaining a purified sample of Li₂CO₃ for analysis and characterization. The obtained samples were evaluated by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray diffraction (XRD) to confirm the composition and structure of the recovered compounds. The results demonstrated a high efficiency in the recovery of Li₂CO₃, comparable to conventional methods with inorganic acids. The integration of the ultrasonic bath resulted in a significant improvement in the reaction time and purity of the recovered material. The process developed for the recovery of Li₂CO₃ from spent LiFePO₄ batteries by ultrasound-assisted leaching with acetic acid and hydrogen peroxide is a promising and sustainable alternative to traditional methods. This approach not only reduces the use of inorganic acids, but also improves leaching efficiency, making its industrial application viable and contributing to the recycling cycle of key resources such as lithium in the circular economy.