Con el crecimiento anticipado de los vehículos eléctricos durante las próximas dos décadas, surge el problema de cómo reciclar los grandes paquetes de baterías de iones de litio que los alimentan. Los ingenieros de ORNL realizaron una demostración para demostrar que los robots pueden acelerar el desmontaje y hacer que el proceso sea más seguro para los trabajadores al tiempo que aumenta enormemente el rendimiento.
Solo un pequeño porcentaje de las baterías de vehículos de iones de litio se reciclan hoy en día, y la mayoría de los procesos utilizados para hacerlo no están automatizados, dijo Tim McIntyre, investigador principal de la División de Infraestructuras de Energía y Electrificación de ORNL.
Ya sea que un reciclador simplemente quiera atravesar la carcasa exterior para acceder a las baterías y reemplazar los componentes gastados, o reciclar completamente las pilas de baterías para recuperar cobalto, litio, láminas metálicas y otros materiales, el primer paso es el diagnóstico de la batería para un manejo y desmontaje seguro y eficiente. .
“Con nuestro sistema, cuando el robot toma el paquete de baterías y lo pone en la línea de producción, marca la última vez que un humano lo tocará hasta que esté en pedazos y partes”, dijo McIntyre.
Limitar la interacción humana es importante tanto para la seguridad como para la eficiencia. Los robots quitan rápidamente los pernos y otras carcasas independientemente de la carga restante, mientras que los operadores humanos deben realizar un proceso largo y exigente para descargar las baterías usadas antes de descomponerlas manualmente. El desmontaje automatizado reduce la exposición humana a los productos químicos tóxicos que se encuentran dentro de las baterías y los altos niveles de energía que se acercan al nivel de 900 voltios en algunos vehículos más nuevos.
El sistema automatizado, desarrollado como parte del Critical Materials Institute del DOE, o CMI, se puede reconfigurar fácilmente para cualquier tipo de pila de baterías. Se puede programar para acceder solo a los módulos de batería individuales para su renovación o reutilización como almacenamiento de energía estacionario, o las baterías se pueden desmontar hasta el nivel de la celda para la separación y recuperación de materiales.
El trabajo se basa en la experiencia desarrollada en proyectos anteriores de ORNL para el CMI que se centraron en el desmontaje robótico de discos duros para la recuperación de imanes de tierras raras. Los ingenieros también demostraron que esos imanes se pueden reutilizar directamente en motores eléctricos.
"El desmontaje automático de componentes que contienen materiales críticos no solo elimina el desmontaje manual que requiere mucha mano de obra, sino que también proporciona un proceso eficiente para separar los componentes en flujos de mayor valor donde los materiales críticos se concentran en materias primas individuales para el procesamiento de reciclaje", dijo el director de CMI, Tom Lograsso. . “Este valor agregado es una parte importante para establecer un proceso económicamente viable”.
Los investigadores siguen el mismo protocolo cada vez: desglosan el componente usado manualmente y recopilan datos sobre ese proceso para crear las herramientas robóticas y los controles necesarios para impulsar un sistema automatizado, dijo Jonathan Harter, miembro del equipo del proyecto ORNL.
“La industria no se limita a la cantidad de baterías que pueden incorporar a este proceso. Ya se ha acumulado una importante cartera de pedidos. El factor limitante es el tiempo que lleva realizar la descarga eléctrica y realizar el desmontaje manualmente ”, dijo Harter. Estimó que en el tiempo que tardan algunos procesos en desmontar 12 pilas de baterías a mano, el sistema automatizado podría manejar 100 o más.
El siguiente paso podría ser construir el proceso a escala comercial, y el equipo de McIntyre también ve oportunidades para aplicar el mismo tipo de sistema de desmontaje a los trenes de transmisión de vehículos eléctricos para la recuperación de materiales como imanes de tierras raras, cobre, acero y electrónica de potencia intacta. Para que el reciclaje sea más viable económicamente, debe realizarse con un alto rendimiento y ser lo suficientemente flexible como para procesar múltiples productos de consumo en una sola instalación, dijo Harter.
"Si el mercado de vehículos eléctricos se acelera como se esperaba en los próximos 10 a 20 años, tendremos que abordar el problema del flujo de residuos y ver estos vehículos y baterías gastados como fundamentales para la cadena de suministro de materiales de fabricación", dijo.