Reciclagem do cátodo de bateria de íons de lítio do tipo LiFePO4 (LFP) e aplicação do material reciclado como pseudocapacitor
| dc.contributor.advisor1 | Freitas, Marcos Benedito José Geraldo de | |
| dc.contributor.advisor1ID | https://orcid.org/0000-0003-1521-774X | |
| dc.contributor.author | Querubino, Renan Bobbio | |
| dc.contributor.referee1 | Machado, Marta Albuquerque | |
| dc.contributor.referee2 | Pietre, Mendelssolm Kister de | |
| dc.date.accessioned | 2024-11-06T16:10:19Z | |
| dc.date.available | 2024-11-06T16:10:19Z | |
| dc.date.issued | 2024-07-30 | |
| dc.description.abstract | Recycling lithium-ion batteries (LIBs) is an effective method of solid waste treatment and is crucial for the recovery of scarce, high-value metals that are of great technological importance. In this work, spent LIBs from electric vehicles were recycled through hydrometallurgical and pyrometallurgical processes, utilizing both citric acid and hydrogen peroxide leaching and alkaline leaching. The exhausted cathode material was characterized using X-ray Diffraction (XRD), Raman Spectroscopy, Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), Scanning Electron Microscopy (SEM), and Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP-OES), identifying LiFePO4, Fe2O3, and FePO4 as the primary phases in its composition, along with the secondary phases Fe(OH)3 and Fe2(PO4)O. The hydrometallurgical recycling process, performed by acidic leaching of the cathode with 1.0 mol L−1 citric acid and hydrogen peroxide, showed low selectivity for the leaching of lithium and iron. In contrast, alkaline leaching proved to be more effective in recovering lithium and preserving the structural components of the material, such as LiFePO4, while not leaching iron, resulting in a more efficient separation of battery constituents. From the residue of alkaline leaching, lithium ferrite (β-LiFe5O8) was synthesized. Structural and morphological characterizations of lithium ferrite, performed by XRD, Raman Spectroscopy, and SEM, indicated the formation of a disordered crystalline phase with agglomerated grain morphology, with particles of undefined size. The electrochemical evaluation of the recycled material as a pseudocapacitor was promising. The recycled material exhibited a pseudocapacitive profile with a maximum specific capacitance of 7.6 F g−1 and capacitance retention of 82% over 250 cycles, at a charge-discharge current density of 0.7 A g−1. The pseudocapacitive profile of this material included contributions from electric double-layer charge storage and Faradaic processes. This study demonstrates the feasibility of recycling spent lithium-ion battery materials, transforming them into high-value-added materials with promising technological applications, contributing to sustainability and the circular economy. | |
| dc.description.resumo | A reciclagem de baterias de íons de lítio (LIBs) é uma forma eficaz de tratamento de resíduos sólidos e fundamental para a recuperação de metais escassos, de alto valor agregado e de grande importância tecnológica. Neste trabalho, LIBs exauridas de veículos elétricos foram recicladas por meio dos processos hidrometalúrgico e pirometalúrgico, utilizando tanto a lixiviação com ácido cítrico e peróxido de hidrogênio quanto a lixiviação alcalina. O material catódico exaurido foi caracterizado pelas técnicas de difração de raios X (DRX), espectroscopia Raman, espectroscopia de dispersão de energia (EDS), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectrometria de emissão óptica com plasma acoplado indutivamente (ICP-OES), sendo identificados o LiFePO4, Fe2O3 e FePO4 como as fases em maiores percentuais na sua composição, além das fases secundárias Fe(OH)3 e Fe2(PO4)O. O processo de reciclagem hidrometalúrgica, realizado por meio da lixiviação ácida do cátodo com ácido cítrico 1,0 mol L−1 e peróxido de hidrogênio, mostrou baixa seletividade para a lixiviação do lítio e do ferro. Em contrapartida, a lixiviação alcalina demonstrou ser mais eficaz na recuperação de lítio e na preservação dos componentes estruturais do material, como o LiFePO4, enquanto não lixivia o ferro, o que resulta em uma separação mais eficiente dos constituintes da bateria. A partir do resíduo da lixiviação alcalina, foi sintetizada a ferrita de lítio (β-LiFe5O8). As caracterizações estruturais e morfológicas da ferrita de lítio, realizadas por DRX, espectroscopia Raman e MEV, indicaram a formação de uma fase cristalina desordenada e com morfologia de grãos aglomerados, com partículas de tamanho indefinido. A avaliação eletroquímica do material reciclado como pseudocapacitor mostrou-se promissora. O material reciclado apresentou um perfil pseudocapacitivo com capacitância específica máxima de 7,6 F g−1 e retenção de capacitância de 82% ao longo de 250 ciclos, na densidade de corrente de 0,7 A g−1 de carga e descarga. O perfil pseudocapacitivo deste material incluiu a contribuição do armazenamento de carga da dupla camada elétrica e dos processos Faradaicos. Este estudo demonstra a viabilidade de reciclar materiais de baterias de íons de lítio exauridas, transformando-os em materiais de alto valor agregado com aplicações tecnológicas promissoras, contribuindo para a sustentabilidade e a economia circular. | |
| dc.description.sponsorship | Agência de fomento | |
| dc.format | Text | |
| dc.identifier.uri | http://repositorio.ufes.br/handle/10/18137 | |
| dc.language | por | |
| dc.language.iso | pt | |
| dc.publisher | Universidade Federal do Espírito Santo | |
| dc.publisher.country | BR | |
| dc.publisher.course | Mestrado em Química | |
| dc.publisher.department | Centro de Ciências Exatas | |
| dc.publisher.initials | UFES | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Química | |
| dc.rights | open access, restricted access ou embargoed access | |
| dc.subject | Sustentabilidade | |
| dc.subject | Reciclagem | |
| dc.subject | Bateria | |
| dc.subject.cnpq | Química | |
| dc.title | Reciclagem do cátodo de bateria de íons de lítio do tipo LiFePO4 (LFP) e aplicação do material reciclado como pseudocapacitor | |
| dc.title.alternative | Recycling of lithium-ion battery Cathode LiFePO4 (LFP) and application of recycled material as a pseudocapacitor | |
| dc.type | masterThesis |