Un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang (NTU), en Singapur, ha desarrollado una técnica para convertir el papel usado de los envases, de las bolsas de un solo uso y de las cajas de cartón en un componente crucial de las baterías de iones de litio. A través de un proceso llamado carbonización, que convierte el papel en carbono puro, el equipo de NTU convirtió las fibras de papel en electrodos.
Para carbonizar el papel, el equipo de científicos lo expuso a altas temperaturas reduciéndolo a carbono puro, vapor de agua y aceites que pueden usarse como biocombustible. Como la carbonización se lleva a cabo en ausencia de oxígeno, el proceso emite cantidades insignificantes de dióxido de carbono y, por lo tanto, es una alternativa más ecológica que desechar el papel mediante la incineración, que produce grandes cantidades de gases de efecto invernadero.
Nuevos ánodos
La tecnología actual de las baterías de litio se basa en electrodos de carbono que se agrietan y se deshacen gradualmente y que son susceptible a los golpes físicos, una de las razones principales por las que la vida útil de la batería se acorta con el tiempo. Los ánodos de carbono producidos mediante esta nueva técnica demostraron ser duraderos, flexibles y electroquímicamente adecuados.
Las pruebas de laboratorio muestran que los ánodos podían cargarse y descargarse hasta 1.200 veces el doble que los ánodos de las baterías de litio actuales que se emplean tanto en vehículos eléctricos como en teléfonos móviles. Las baterías que usan los ánodos fabricados por NTU podrían soportar mejor el estrés físico, absorbiendo la energía hasta cinco veces mejor.
El proceso
La revista Additive Manufacturing publica el trabajo en el que se explica los detalles de la investigación. Este nuevo método también utiliza procesos que consumen menos energía y metales pesados en comparación con los métodos industriales actuales para fabricar ánodos de baterías. Dado que el ánodo supone entre el 10 y el 15 por ciento del coste total de una batería de iones de litio, esta técnica podría reducir también el coste total de fabricación.
Para producir los ánodos de carbono, el equipo unió y cortó con láser varias láminas delgadas de papel kraft (un tipo de papel basto y grueso de color marrón que se fabrica con pasta química, sin blanquear sometiéndolo a una breve cocción). Con él se crean diferentes geometrías de celosía para posteriormente calentarlo a 1.200°C en un horno sin presencia de oxígeno y convertirlo en carbono, formando los ánodos.
El equipo atribuye la mayor durabilidad y flexibilidad, y las propiedades electroquímicas del ánodo a la disposición de las fibras de papel. Tal combinación de fuerza y dureza mecánica permitiría que las baterías resistan mejor los impactos de las caídas y los choques. "Nuestro método convierte un material común y omnipresente, el papel, en otro que es extremadamente duradero y tiene una gran demanda", asegura el director del proyecto, Lai Changquan, en un comunicado de prensa. "Esperamos que nuestros ánodos satisfagan la creciente necesidad mundial de un material sostenible y más ecológico para las baterías, cuya fabricación y el manejo inadecuado de sus desechos han demostrado tener un impacto negativo en nuestro medio ambiente".
La economía circular
Además de los desechos metálicos, los desechos de papel también son un problema ambiental creciente. En Singapur, las bolsas de papel desechadas, el cartón, los periódicos y otros envases de papel representaron casi una quinta parte de los desechos generados en 2020. Según un estudio de 2020 de la NTU, las bolsas de papel kraft, que constituyen la mayor parte de los desechos de papel del país, tienen un gran impacto ambiental debido a su contribución al calentamiento global cuando se incineran y el potencial de eco-toxicidad en su producción.
En opinión de los científicos, esta innovación presenta una oportunidad para reciclar productos de desecho y reducir la dependencia de Singapur de los combustibles fósiles, acelerando la transición del país hacia una economía circular de materiales verdes y energía limpia.
