Científicos del MIT diseñan un material que permite que las baterías se desintegren para su reciclaje

Un grupo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha desarrollado un innovador material que podría transformar la forma en que se reciclan las baterías de litio. A diferencia de los métodos actuales, que implican triturar y procesar las baterías con altas temperaturas y químicos agresivos, este nuevo enfoque permite que el propio material del electrolito se desintegre al volver a su forma molecular original, provocando que la batería se desarme de manera natural y simplificando su reciclaje.

“Hasta ahora, la industria de las baterías se ha centrado en lograr materiales de alto rendimiento y diseños complejos, y solo después ha intentado resolver cómo reciclarlos. Nuestra propuesta es partir de materiales fácilmente reciclables y adaptarlos para que sean compatibles con la batería”, explicó Yukio Cho, doctorado en 2023 y primer autor del estudio. “Diseñar las baterías pensando en su reciclaje desde el inicio es un enfoque completamente nuevo” añade.

La idea de Cho tuvo un origen poco común: recordó una escena de las películas de Harry Potter en la que el profesor Dumbledore limpia una casa con un simple hechizo. Ese recuerdo volvió a su mente cuando escuchó a la profesora visitante Julia Ortony hablar sobre moléculas capaces de ensamblarse en estructuras complejas y luego regresar a su forma inicial. Así nació la propuesta de aplicar esa propiedad al reciclaje de baterías.

Actualmente, los métodos industriales para reciclar baterías requieren procesos costosos, peligrosos y contaminantes. Una batería de litio está compuesta por tres elementos principales: el cátodo (electrodo positivo), el ánodo (electrodo negativo) y el electrolito, que transporta los iones de litio entre ambos. En la mayoría de las baterías comerciales, los electrolitos son inflamables y se degradan en subproductos tóxicos.

Un material que se comporta como algodón de azúcar

Para resolver ese problema, el equipo del MIT diseñó un electrolito basado en anfifilos de aramida (AAs), moléculas que se autoensamblan en agua y cuya estructura recuerda a la del Kevlar —fibra sintética fuerte y resistente al calor—. Estas moléculas forman nanocintas con superficies conductoras de iones de litio y una base resistente, creando un material sólido, estable y eficiente.

“Cuando se introducen en agua, las moléculas se autoensamblan en millones de nanocintas. En cuestión de minutos, la solución se convierte en un gel debido a la densidad de fibras entrelazadas”, explicó Cho. El resultado es un material robusto, escalable y capaz de transportar iones de litio entre los electrodos.

El equipo fabricó una celda de batería con este material, utilizando cátodos de fosfato de hierro-litio y ánodos de óxido de titanio-litio, materiales comunes en la industria. Aunque lograron un transporte adecuado de iones, observaron limitaciones en la velocidad de carga y descarga debido a un fenómeno de polarización.

La verdadera innovación apareció en la fase de reciclaje: al sumergir la batería en solventes orgánicos, el electrolito se disolvió de inmediato, liberando los componentes de manera independiente. “El electrolito mantiene unidos a los electrodos y crea los caminos para los iones. Al desintegrarse, la batería literalmente se separa, como algodón de azúcar en agua”, señaló Cho.

Cambio de paradigma

El material todavía es una prueba de concepto y no reemplaza a los electrolitos comerciales en términos de rendimiento. Sin embargo, los investigadores sostienen que podría integrarse como una capa en diseños futuros, facilitando la separación de los componentes sin necesidad de procesos costosos ni contaminantes.

“Lo que visualizamos es que este material sea parte del electrolito, no necesariamente todo. Así, al final de la vida útil de la batería, bastará con activarlo para facilitar su reciclaje”, comentó Cho.

El equipo está trabajando en optimizar el desempeño del material y en formas de incorporarlo en nuevas generaciones de baterías. Según Cho, el avance no solo contribuiría a una industria más sostenible, sino que también tendría un impacto geopolítico al permitir recuperar litio de baterías usadas en lugar de depender de nuevas explotaciones mineras.

“Si logramos reciclar baterías a gran escala en Estados Unidos, sería como abrir nuevas minas de litio en el país. Con la creciente demanda de vehículos eléctricos, debemos reutilizar este recurso crítico para evitar incrementos drásticos en su precio”, concluyó.