ES2270446T3 - Proceso y aparato para recuperar los componentes de una bateria de tipo estanco. - Google Patents
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Abstract
UN PROCESO DE RECUPERACION PARA RECUPERAR LOS COMPONENTES CONSTITUYENTES DE UNA BATERIA DE TIPO SELLADO QUE COMPRENDE AL MENOS UN CATODO, UN ANODO Y UN ELECTROLITO SELLADOS EN UN ALOJAMIENTO DE LA BATERIA, CARACTERIZADO PORQUE DICHO PROCESO INCLUYE UNA ETAPA (A) DE DISMINUCION DE LA CONDUCTIVIDAD IONICA ENTRE DICHO CATODO Y ANODO DE DICHA BATERIA DE TIPO SELLADO Y UNA ETAPA (B) DE APERTURA DE DICHO ALOJAMIENTO DE LA BATERIA DE LA BATERIA DE TIPO SELLADO DESPUES DE DIRIGIR DICHA ETAPA (A). UN APARATO APROPIADO PARA PRACTICAR DICHO PROCESO DE RECUPERACION.
Description
Proceso y aparato para recuperar los componentes
de una batería de tipo estanco.
La presente invención se refiere a un proceso y
un aparato para recuperar los componentes constituyentes de una
batería de tipo estanco. Más particularmente, la presente invención
se refiere a un proceso y aparato para abrir de una forma segura y
eficiente una batería de tipo estanco para recuperar los componentes
constituyentes de la misma.
En los últimos años, se ha pronosticado un
calentamiento global por el llamado efecto invernadero, debido al
incremento de los niveles de CO_{2} atmosférico. Para evitar que
este fenómeno de calentamiento se desarrolle todavía más, hay una
tendencia a prohibir la construcción de nuevas plantas de generación
de energía mediante vapor, que evacuan una gran cantidad de
CO_{2}.
En estas circunstancias, se han realizado
propuestas para instaurar un sistema de compensación de cargas con
el fin de utilizar la energía de manera eficiente. La compensación
de las cargas implica la instalación de baterías recargables en
instalaciones generales para servir de almacenamiento del exceso de
energía no utilizada durante la noche, conocida como energía
sobrante. La energía así almacenada está disponible durante el día
cuando se incrementa la demanda de energía, compensando los
requerimientos de carga en lo que se refiere a la generación de
energía.
Independientemente, existe un incremento de la
demanda por parte de la sociedad para desarrollar una batería
recargable de alto rendimiento con una elevada densidad de energía
para un vehículo eléctrico que no aporte substancias contaminantes
al aire. Existe un incremento adicional de la demanda por parte de
la sociedad para desarrollar una batería recargable en miniatura,
de poco peso y de alto rendimiento que pueda ser utilizada como
fuente de energía para aparatos portátiles tales como ordenadores
portátiles pequeños, procesadores de texto, cámaras de vídeo y
teléfonos móviles.
En el caso de las baterías que incluyen baterías
recargables para dichos usos, tal como se ha mencionado
anteriormente, se han desarrollado diversas baterías de
almacenamiento que incluyen baterías recargables que tienen una
configuración cerrada (o estanca). Entre los ejemplos específicos
de dichas baterías de almacenamiento se incluyen las baterías de
plomo-ácido, las baterías de níquel-cadmio, las
baterías de níquel-hidruro metálico que tienen una
alta densidad energética, las baterías de
níquel-cinc, las baterías recargables de litio y
otras similares. Con el fin de que estas baterías de almacenamiento
tengan una larga duración de la batería y/o estén garantizadas en
lo que respecta a la seguridad, se utiliza generalmente una forma
estanca con la utilización de una envolvente en la batería. Además,
con el fin de garantizar todavía más la seguridad, la mayor parte de
estas baterías están dotadas de un respiradero de seguridad. Este
respiradero de seguridad sirve para garantizar la seguridad cuando
la presión interna de la envolvente de la batería aumenta de manera
ocasional, mediante la comunicación del interior de la envolvente
de la batería con la atmósfera del exterior de la envolvente de la
batería, reduciendo de este modo el aumento de presión en el
interior de la envolvente de la batería.
Actualmente, la batería de
níquel-hidruro metálico es una batería recargable en
la que se utiliza la reacción electroquímica de
oxidación-reducción del ión hidrógeno. La batería de
níquel-hidruro metálico comprende típicamente un
ánodo, que se compone de una capa de material activo de ánodo
compuesta por una aleación de almacenamiento de hidrógeno
(absorbente), un cátodo que se compone de una capa de material
activo de cátodo compuesta de hidróxido de níquel (específicamente
hidróxido niqueloso), y una solución de electrolito. En esta
batería, cuando se realiza la carga, el ión hidrógeno de la
solución del electrolito del lado del ánodo se reduce a hidrógeno,
seguido por su entrada en la capa activa del material del ánodo en
donde el hidrógeno es retenido en su interior, y cuando se realiza
la descarga, el hidrógeno retenido en la capa de material activo del
ánodo se oxida a ión hidrógeno, seguido de su incorporación en la
solución del electrolito. En el caso de la capa de material activo
del cátodo, cuando se realiza la carga, el componente de
oxihidróxido de níquel es oxidado a óxido de níquel, y cuando se
realiza la descarga, el oxihidróxido de níquel es reducido al
hidróxido de níquel original. En el caso de la batería de
níquel-hidruro metálico, con el fin de que la
aleación de almacenamiento de hidrógeno del ánodo retenga hidrógeno
de forma eficiente cuando se realiza la carga, y también a efectos
de conseguir una alta capacidad de la batería, los componentes de la
batería están generalmente cerrados de manera estanca en una
envolvente de la batería.
Existen diversas baterías conocidas de litio en
las cuales se utiliza la reacción electroquímica de
oxidación-reducción del ión litio. En estas
baterías de litio, debido a que el litio reacciona fácilmente en la
atmósfera con la humedad provocando una reducción en la capacidad
de la batería, se utiliza una solución de electrolito en la cual se
utiliza un disolvente orgánico o inorgánico no acuoso que está
substancialmente libre de humedad, y una envolvente de la batería
capaz de cerrar de manera estanca sus componentes de manera
suficiente. Y la fabricación de estas baterías se realiza en una
atmósfera que está suficientemente libre de humedad.
\newpage
Pueden ilustrarse ejemplos específicos de estas
baterías de litio como son las baterías de litio primario
disponibles comercialmente, las baterías disponibles comercialmente
denominadas baterías de ión litio, y las baterías recargables de
litio metal (que se están investigando o que están en desarrollo).
En las baterías de litio primario y en las baterías recargables de
litio metal, sus ánodos tienen una capa de material activo en el
ánodo que comprende litio metal.
En las baterías de iones de litio, se utiliza
como capa de material activo del ánodo un material carbonoso tal
como el grafito que puede intercalar iones de litio en los planos de
red del material carbonoso cuando se realiza la carga, y como
cátodo se utiliza un compuesto de un metal de transición que puede
intercalar iones de litio en el compuesto del metal de transición
cuando se realiza la descarga.
Como comentario, en diversos aparatos portátiles
se vienen utilizando las anteriores baterías de almacenamiento,
incluyendo las baterías recargables encerradas en las envolventes de
dichas baterías, tal como ha sido descrito anteriormente. En el
caso de estas baterías de tipo estanco, su recuperación y el
reciclado de sus componentes será esencial, no solamente en lo que
se refiere al desarrollo de nuevos instrumentos portátiles, sino
asimismo desde el punto de vista de que se espera que en el futuro
se desarrollen todavía más, de manera que puedan ser utilizadas en
vehículos eléctricos, acondicionadores de carga, almacenamiento de
energía o similares, y asimismo desde el punto de vista de que se
espera que en el futuro se incremente mucho el consumo de
baterías.
Sin embargo, con el fin de recuperar los
componentes de estas baterías estancas, es necesario, en primer
lugar, abrir las envolventes de las baterías. En este caso, es
probable que surjan problemas, porque durante la apertura el cátodo
entra en contacto habitualmente con el ánodo, causando
cortocircuitos internos entre los dos electrodos, con lo cual se
consume repentinamente la capacidad eléctrica residual en un corto
periodo de tiempo, produciéndose una generación de calor que tiene
como resultado un deterioro de los componentes de la batería, de
manera que no pueden ser reciclados. Debido a esto, no puede
conseguirse una recuperación deseable de los componentes de la
batería.
A este respecto, en el caso de las baterías de
tipo estanco, existe una demanda creciente para el desarrollo de un
proceso de recuperación que incluye un proceso de apertura que
permita recuperar, de manera eficiente, sus componentes sin que
queden dañados o deteriorados, incluso en el caso de que el cátodo y
el ánodo entren en contacto durante la apertura.
Los documentos
US-A-5.523.516 y
DE-A-4424825 dan a conocer métodos
para procesar baterías que incluyen una etapa de disminución de la
temperatura de los componentes de la batería a aproximadamente
-180ºC a -200ºC para reducir la reactividad de los componentes de la
batería. En el documento WO 94/25167 A, que considera el proceso de
las baterías que tienen envolvente de plástico, se da a conocer
también la utilización de bajas temperaturas. En el documento
EP-A-0 613 198 se abre una batería
de célula de litio, y el litio reacciona con un agente
reactivo.
La presente invención ha sido desarrollada en
vista de la situación en la técnica anterior.
Un objetivo de la presente invención es el de
dar a conocer un proceso de recuperación que permite recuperar de
manera segura y eficiente los componentes de una batería de tipo
estanco, sin que los componentes se dañen o se deterioren.
Otro objetivo de la presente invención es el de
dar a conocer un aparato de recuperación que permite recuperar de
manera segura y eficiente los componentes de una batería de tipo
estanco, sin que los componentes se dañen o deterioren.
Un primer aspecto de la presente invención se
refiere al proceso de recuperación según la reivindicación 1, para
recuperar los componentes de una batería estanca. Un segundo aspecto
de la presente invención se refiere al aparato de recuperación
según la reivindicación 20, para recuperar los componentes de una
batería estanca. Las demás reivindicaciones se refieren a
desarrollos adicionales.
En la descripción siguiente, los Ejemplos 2 a 6
están fuera del ámbito de la invención, tal como ha sido
reivindicada; sin embargo, son útiles para su comprensión.
La figura 1 es un diagrama de flujos esquemático
que ilustra un ejemplo del proceso de recuperación para recuperar
los componentes de una batería de tipo estanco, según la presente
invención.
La figura 2 es un diagrama de flujos esquemático
que ilustra otro ejemplo del proceso de recuperación para recuperar
los componentes de una batería de tipo estanco.
La figura 3 es un diagrama esquemático que
ilustra un ejemplo de la constitución de un aparato adecuado para
la extracción de una solución de electrolito o un disolvente del
mismo, presente en una batería de tipo estanco, para reducir la
conductividad iónica entre el cátodo y el ánodo en la batería de
tipo estanco antes de abrir la batería de tipo estanco, que se
utiliza como una parte del aparato de recuperación según la presente
invención.
La figura 4 es un diagrama esquemático que
ilustra la constitución de otro ejemplo de un aparato adecuado para
la extracción de una solución de electrolito o un disolvente del
mismo, presente en una batería de tipo estanco, para reducir la
conductividad iónica entre el cátodo y el ánodo en la batería de
tipo estanco antes de abrir la batería cerrada, que se utiliza como
una parte del aparato de recuperación según la presente
invención.
La figura 5 es una vista esquemática conceptual
que ilustra una parte de un aparato como una parte principal de un
aparato de recuperación que comprende medios de enfriamiento y
medios de eliminación del cierre estanco (apertura).
La figura 6 es un diagrama esquemático de un
ejemplo de unos medios de enfriamiento utilizados en un aparato de
recuperación.
La figura 7 es una vista esquemática en sección
transversal que ilustra un ejemplo de una batería de tipo estanco,
cuyos componentes son recuperados en la presente invención.
La figura 8 en una vista esquemática en sección
transversal que ilustra un ejemplo de una batería en forma de
moneda.
La figura 9 en una vista esquemática en sección
transversal que ilustra un ejemplo de una batería cilíndrica
enrollada en espiral.
La figura 10 en una vista esquemática, en
perspectiva, que ilustra un ejemplo de una batería prismática.
Tal como se ha descrito previamente, la presente
invención incluye un proceso de recuperación para la recuperación
de los componentes de una batería estanca, de tipo estanco, que
comprende, por lo menos, una etapa de reducción de la conductividad
iónica entre el cátodo y el ánodo y una etapa de apertura de la
envolvente de la batería, y un aparato de recuperación para
recuperar los componentes de una batería de tipo estanco
comprendiendo, por lo menos, medios para reducir la conductividad
iónica entre el cátodo y el ánodo y medios para la apertura de la
envolvente de la batería.
Una característica principal del proceso de
recuperación es que, antes de abrir la batería de tipo estanco, se
lleva a cabo una reducción de la conductividad iónica entre el
cátodo y el ánodo. De manera similar, una característica principal
del aparato de recuperación, según la presente invención, es que
tiene unos medios específicos para reducir la conductividad iónica
entre el cátodo y el ánodo antes de la apertura de la batería de
tipo cerrado.
En la presente invención, se evita la aparición
de una liberación súbita de energía y de combustión debida a los
cortocircuitos internos de una manera efectiva, mediante la
extracción de la solución de electrolito o de disolvente de la
solución del electrolito fuera de la batería de tipo estanco para
reducir la conductividad iónica entre el cátodo y el ánodo antes de
abrir la envolvente de la batería de la batería de tipo estanco,
incluso en el caso en que se produzcan cortocircuitos internos entre
el cátodo y el ánodo al abrir la envolvente de la batería o cuando
se extraen los componentes de la batería del interior de la
envolvente de la batería, tal como se describirá más adelante. Como
resultado, es posible recuperar de manera segura los componentes de
batería sin sufrir deterioros o destrucción. De esta manera, se
puede realizar la recuperación segura de los componentes de la
batería de tipo estanco en una proporción elevada de
recuperación.
El proceso de recuperación y el aparato según la
presente invención son efectivos para recuperar los componentes de
cualquier tipo de baterías estancas, incluyendo las baterías de tipo
estanco primarias y secundarias (recargables), sin tener en cuenta
el tipo el tipo de batería encerrada en su interior.
Ejemplos específicos de dichas baterías de tipo
estanco, para las cuales el proceso de recuperación y el aparato de
recuperación según la presente invención son particularmente
efectivos en la recuperación de los componentes de la batería, son
las baterías de litio, incluyendo las baterías recargables de ión
litio (en las cuales se utiliza un ánodo que comprende un material
carbonoso capaz de intercalar el ión litio) en las que se utiliza
la reacción electroquímica de oxidación-reducción
del ión litio; baterías recargables de
níquel-hidruro metálico que tienen un ánodo que
comprende una aleación de almacenamiento de hidrógeno y en las que
se utiliza la reacción electroquímica de
oxidación-reducción del ión hidrógeno; y las
baterías de níquel-cadmio.
En el caso de las baterías de litio, se ha
venido utilizando frecuentemente una variedad de baterías cerradas
de litio, de tipo primario, que tienen un ánodo que comprende litio
metal, en instrumentos portátiles tales como cámaras, relojes de
pulsera y similares. Y se espera que el consumo de estas baterías de
litio primarias se incremente todavía más en el futuro. Además, se
espera que en el futuro aumente el consumo de baterías de litio
recargables. En estas circunstancias, en el futuro, la eliminación
de los residuos de estas baterías de litio, así como en el caso de
otras baterías, será posiblemente un problema grave. A este
respecto, es una necesidad urgente la recuperación y el reciclado
de sus componentes tales como ánodos, cátodos, electrolitos,
separadores y envolventes.
Actualmente, con el fin de recuperar por
separado los componentes de una batería de litio de tipo estanco,
es preciso abrir la envolvente de la batería, impidiendo al mismo
tiempo la invasión de la humedad exterior, que sería causa de daños
o deterioros de las características de la batería.
Como el modo más sencillo de eliminar la
estanqueidad de la envolvente de la batería en una batería de tipo
cerrado, se ha considerado una forma de corte de tipo mecánico. Sin
embargo, cuando se utiliza este modo, particularmente en el caso de
una batería de litio de tipo cerrado, es probable que surjan
problemas dado que, como la energía por unidad de volumen y por
unidad de peso es extremadamente elevada y contiene un material
combustible tal como un disolvente orgánico, se generan chispas o se
producen cortocircuitos internos entre el ánodo y el cátodo al
cortar mecánicamente la envolvente de la batería, con lo que los
componentes quedan dañados o deteriorados. Además, es probable que
surjan otros problemas tales como los que se describirán a
continuación. Cuando se extraen los componentes de la batería
situados en el interior de la envolvente de la batería, una vez que
se ha eliminado la estanqueidad de la envolvente de la batería, como
el ánodo y el cátodo están muy próximos entre sí, tienden
fácilmente a sufrir cortocircuitos internos, y cuando se producen
cortocircuitos entre ellos, se libera de un solo golpe la energía
residual de la batería causando una repentina generación de
calor.
Por consiguiente, particularmente en el caso de
una batería de litio de tipo estanco, existe demanda para
desarrollar un proceso de recuperación deseable y un aparato de
recuperación deseable, capaces de recuperar los componentes de la
batería sin que se dañen o deterioren, para hacer frente a un
aumento de consumo de las mismas.
La presente invención cumple, de manera
deseable, con estas demandas.
En el proceso de recuperación para recuperar los
componentes de una batería de tipo estanco que comprende una
solución electrolítica como electrolito, la etapa de reducción de la
conductividad iónica entre el cátodo y el ánodo se desea que sea
llevada a cabo de manera que se extrae la solución del electrolito o
el disolvente de la misma, presente en el interior de la envolvente
de la batería, fuera de la envolvente de la batería. En el caso en
que la batería cerrada esté dotada de un respiradero de seguridad,
se desea que se lleve a cabo la extracción de la solución del
electrolito o el disolvente de la misma por fuera de la envolvente
de la batería, aprovechando al mismo tiempo el respiradero de
seguridad, a efectos de eficiencia del trabajo, por ejemplo, de una
manera en la que, a través del respiradero de seguridad se reduce la
presión atmosférica en el exterior de la envolvente de la batería
para aumentar la presión interior de la envolvente de la batería,
produciéndose de este modo un diferencial de presión entre el
exterior y el interior de la envolvente de la batería, y gracias a
esto, se acciona el respiradero de seguridad para extraer la
solución de electrolito o el disolvente de la misma fuera de la
envolvente de la batería. Pueden ser reciclados la solución de
electrolito o el disolvente de la misma, extraídos de esta manera
fuera de la envolvente de la
batería.
batería.
En el proceso de recuperación para recuperar los
componentes de una batería de tipo estanco, se desea que la etapa
de reducción de la conductividad iónica entre el cátodo y el ánodo
sea llevada a cabo, por lo menos mediante un modo de enfriamiento
de la batería de tipo cerrado. En el caso en que se utilice este
modo, cuando en la solución electrolítica de la batería de tipo
cerrado se utiliza un disolvente, se desea enfriar la batería de
tipo cerrado a una temperatura que sea inferior al punto de
congelación del disolvente. En el caso en que en la batería de tipo
estanco se utilice un electrolito de polímero sólido solidificado
mediante la utilización de un polímero, se desea enfriar la batería
de tipo cerrado a una temperatura inferior a la temperatura de
transición a cristal del polímero que constituye el polímero sólido
del electrolito.
La manera anterior de enfriar la batería estanca
puede ser llevada a cabo mediante un modo de enfriamiento de un
objeto utilizando un gas comprimido no combustible, que comprende
uno o más gases escogidos entre el grupo compuesto por gas N_{2},
gas Ar, gas He, gas de CO_{2} y gas de fluorocarbono.
Además de esto, es posible que la manera
anterior de enfriar la batería de tipo estanco sea llevada a cabo
mediante un modo de enfriamiento de la batería de tipo estanco
mediante su inmersión en un agente de enfriamiento o en un gas
licuado. El agente de enfriamiento puede incluir, por ejemplo, una
mezcla que comprende hielo seco y metanol y una mezcla que
comprenda hielo seco y etanol. El gas licuado puede incluir, por
ejemplo, nitrógeno líquido y similares.
Como alternativa, es posible que la manera
anterior de enfriar la batería de tipo estanco sea llevada a cabo
sumergiendo la batería de tipo estanco en agua, seguido de la
congelación de la batería de tipo cerrado junto con el agua. En
este caso, se desea que la batería de tipo estanco sea abierta en un
estado en el que la batería de tipo estanco quede estanca en el
hielo.
En el proceso de recuperación para recuperar los
componentes de una batería de tipo estanco, se desea para la etapa
de apertura de la envolvente de la batería, después que se haya
reducido la conductividad iónica entre el cátodo y el ánodo, que
sea llevada a cabo en una atmósfera no combustible. En este caso, se
obtienen ventajas porque se impide que los componentes de la
batería se oxiden o se quemen, y pueden ser recuperados de una
forma segura mientras se impide, de manera deseable, que se
deterioren o se dañen con una elevada recuperación. La atmósfera no
combustible anterior puede ser una atmósfera compuesta por uno o más
gases escogidos entre el grupo compuesto por gas N_{2}, gas Ar,
gas He, gas CO_{2}, gas de fluorocarbono y vapor de agua. En el
caso en que se utilice el modo de enfriamiento anterior, utilizando
el gas comprimido no combustible en la etapa de reducción de la
conductividad iónica entre el cátodo y el ánodo, se desea que el gas
utilizado para constituir la atmósfera para la apertura de la
envolvente de la batería sea el mismo que el gas utilizado como gas
comprimido.
Como forma de abrir la envolvente de la batería,
puede ilustrarse un proceso de corte que utiliza agua a alta
presión, un proceso de corte que utiliza un haz de energía, un
proceso de corte mecánico, y un proceso de corte a modo de
pulverización de agua a alta presión que contiene un abrasivo
mezclado con ella, sobre un objeto, a través de una tobera de
chorros.
En la presente invención, se puede llevar a cabo
de manera más segura la apertura de una batería de tipo estanco
sometiendo la batería a la descarga antes de abrir la envolvente de
la batería de tipo estanco, preferentemente en una etapa anterior a
la disminución de la conductividad iónica entre el cátodo y el
ánodo. En este caso, la composición química del material
constituyente de cada una de las capas de material activo del cátodo
y del ánodo se convierte en homogénea pudiendo ser recuperados sin
depender de la capacidad residual de la batería antes de la
descarga, en la que el material del cátodo y el material del ánodo
tienen cada uno de ellos una homogeneidad satisfactoria en lo que
se refiere a la composición química. Además, en este caso, mediante
la descarga, es posible eliminar la energía restante en la batería
cerrada.
Además, en la presente invención, clasificando
las baterías estancas dependiendo de la forma o del tipo antes de
abrir sus envolventes, sus componentes pueden ser recuperados de
manera eficiente.
Tal como se ha descrito anteriormente, el
aparato de recuperación según la presente invención para recuperar
los componentes de una batería de tipo estanco, cerrada la batería
mediante una envolvente, comprende, por lo menos, medios para
reducir la conductividad iónica entre el cátodo y el ánodo y medios
para la apertura de la envolvente de la batería.
Se desea que los medios para reducir la
conductividad iónica entre el cátodo y el ánodo comprendan, por lo
menos, medios para extraer la solución del electrolito o el
disolvente de la misma presente en el interior de la envolvente de
la batería al exterior de la envolvente de la batería. En el caso en
que la batería de tipo estanco esté dotada de un respiradero de
seguridad, se desea que estos medios tengan la función de actuar
sobre el respiradero de seguridad, por ejemplo, mediante la
reducción de la presión atmósfera del exterior de la envolvente de
la batería para incrementar la presión interior de la envolvente de
la batería a través del respiradero de seguridad, produciendo de
este modo un diferencial de presión entre el exterior y el interior
de la envolvente de la batería, y medios para extraer la solución
del electrolito o el disolvente de la misma presente en el interior
de la envolvente de la batería, al exterior de la envolvente de la
batería a través del respiradero de seguridad. Se desea que los
medios para extraer la solución del electrolito, o el disolvente de
la misma, presente en el interior de la envolvente de la batería al
exterior de la envolvente de la batería comprendan un recipiente
dotado, por lo menos, de medios de extracción. En este caso, es
deseable que el recipiente esté dotado de un elemento que pueda
estar en contacto íntimo o que puede estar unido a la cara de la
pared exterior de la envolvente de la batería, incluyendo una parte
de la tapa de la batería en las proximidades del respiradero de
seguridad y una abertura (o un paso) para transferir la solución del
electrolito o el disolvente de la misma (que es extraído de la
batería) en el recipiente.
En el recipiente descrito anteriormente, puede
disponerse una entrada capaz de introducir aire, gas nitrógeno
(N_{2}) o un gas inerte en su interior a través de una
válvula.
En el aparato de recuperación según la presente
invención, puede recuperarse deseablemente la solución del
electrolito o el disolvente presente en el interior de la envolvente
de la batería en el recipiente, a través del respiradero de
seguridad, por ejemplo, mediante la disposición de un espacio
cerrado o estanco mediante una parte de la cara exterior de la
envolvente de la batería que incluye la tapa de la batería, la
totalidad de la misma (incluyendo la parte a través de la cual se
extrae la solución del electrolito o el disolvente de la misma) y
el recipiente descrito anteriormente, y reduciendo la presión
interior del espacio estanco así como la presión interna de la
batería cerrada, mientras se mantiene la parte del respiradero de
seguridad en el espacio estanco.
En el aparato de recuperación según la presente
invención, se desea que el espacio anterior cerrado (estanco) se
establezca conectando el recipiente anterior dotado de los medios de
extracción, con una zona que incluya una parte (por ejemplo, el
respiradero de seguridad) a través de la cual es extraída la
solución del electrolito o el disolvente de la misma, presente en
el interior de la envolvente de la batería, después de que la
presión interior del recipiente anterior se haya reducido a un
valor inferior a la presión atmosférica, mediante los medios de
extracción dispuestos en el recipiente.
En el aparato de recuperación según la presente
invención, es posible que el espacio cerrado mencionado
anteriormente esté establecido, en primer lugar, según lo
mencionado anteriormente y, a continuación, se reduce la presión
interior del espacio estanco más que la presión interior de la
batería estanca por medio de los medios de extracción mencionados
anteriormente, dispuestos en el recipiente.
En el aparato de recuperación según la presente
invención, se desea que los medios anteriores para reducir la
conductividad iónica entre el cátodo y el ánodo comprendan medios de
enfriamiento para enfriar la batería de tipo estanco.
Se desea que el enfriamiento de la batería de
tipo estanco mediante los medios de enfriamiento sea llevado a cabo
utilizando un gas comprimido no combustible que comprenda en el
medio de enfriamiento uno o más gases escogidos entre el grupo
compuesto por gas N_{2}, gas Ar, Gas He, gas CO_{2} y gas de
fluorocarbono.
\newpage
Como alternativa, el enfriamiento de la batería
cerrada por medio de los medios de enfriamiento puede ser llevado a
cabo utilizando un agente de enfriamiento o un gas licuado en los
medios de enfriamiento. El agente de enfriamiento puede incluir,
por ejemplo, una mezcla compuesta de hielo seco y metanol y una
mezcla compuesta de hielo seco y etanol. El gas licuado puede
incluir, por ejemplo, nitrógeno líquido, y similares.
Además, es posible sumergir la batería de tipo
estanco en agua, seguido de la congelación de la batería de tipo
estanco junto con el agua. En este caso, se desea que la batería de
tipo estanco sea abierta en un estado en que la batería cerrada
quede estanca en el hielo.
En el aparato de recuperación según la presente
invención, como medio para eliminar la estanqueidad de la
envolvente de la batería, pueden ilustrarse unos medios de corte que
utilizan agua a alta presión, medios de corte que utilizan un haz
de energía, medios de corte mecánicos y medios de corte que utilizan
agua a alta presión que contiene un abrasivo mezclado en ella.
Es deseable llevar a cabo la apertura de la
envolvente de la batería mediante cualquiera de estos medios de
corte en un atmósfera no combustible. La atmósfera no combustible
puede ser una atmósfera compuesta por uno o más gases escogidos
entre el grupo compuesto por gas N_{2}, gas Ar, Gas He, gas
CO_{2}, gas de fluorocarbono y vapor de agua.
A continuación, se describirán realizaciones
preferentes de la presente invención haciendo referencia a los
dibujos.
La figura 1 es un diagrama esquemático de flujos
que ilustra un ejemplo del proceso de recuperación para recuperar
los componentes de una batería de tipo estanco según la presente
invención.
Se realizará la descripción de una realización
del proceso de recuperación según la presente invención, haciendo
referencia a la figura 1.
A efectos de recuperar de manera eficiente los
componentes de una batería de tipo estanco, las baterías usadas de
tipo estanco (figura 1(a-1)), recogidas para
recuperar sus componentes, son clasificadas primeramente en función
de la forma o del tipo (ver figura 1 (a-2)).
A continuación, la batería de tipo estanco así
clasificada es sometida a una reducción de la conductividad iónica
entre el ánodo y el cátodo (ver figura
1(a-3)). En este caso, la reducción de la
conductividad iónica entre el ánodo y el cátodo puede ser realizada
mediante el modo de extracción anterior de la solución del
electrolito o del disolvente de la misma, presente entre el cátodo y
el ánodo (en el caso de utilizar la solución de electrolito como el
electrolito de la batería) al exterior del envolvente de la batería
a través del respiradero de seguridad o similar, adjunto a la
envolvente de la batería. Como alternativa, puede ser llevada a cabo
mediante el anterior modo de enfriamiento de la batería para
reducir la conductividad iónica entre el ánodo y el cátodo.
A continuación, se abre la envolvente de la
batería (ver figura 1 (a-4)), seguido de la
extracción de un cuerpo que comprende los componentes de la batería
presentes en el interior de la envolvente de la batería (ver figura
1(a-5)).
La envolvente extraída de esta manera es lavada
(ver figura 1(a-6)). A continuación, la
envolvente es disociada (separada) en los componentes individuales
de la batería, y son recuperados los componentes individuales de la
batería disociada de esta manera (ver figura
1(a-7)).
La figura 2 es un diagrama esquemático de flujos
que ilustra otro ejemplo de un proceso de recuperación para
recuperar los componentes de una batería de tipo estanco.
A efectos de recuperar de manera eficiente los
componentes de cada una de las baterías usadas de tipo estanco, las
baterías de tipo estanco usadas (figura
2(b-1)), recogidas para recuperar sus
componentes, son clasificadas primeramente dependiendo de la forma
o del tipo (ver figura 2 (b-2)).
A continuación, se enfría la batería de tipo
estanco así clasificada para reducir la conductividad iónica entre
el ánodo y el cátodo, incrementando de este modo la resistencia
interna (ver figura 2(b-3)).
A continuación, se abre la envolvente de la
batería, de la batería de tipo estanco enfriada de esta manera en
la etapa anterior en una atmósfera no combustible (ver figura
2(b-4)).
Luego, en el caso de que la batería del tipo de
batería estanca esté basada en una batería de litio, se hace
reaccionar un agente reactivo apropiado con el litio activo presente
en el interior de la envolvente de la batería para reducir la
reactividad del litio (ver figura
2(b-5)).
Sucesivamente, se extrae un cuerpo que comprende
los componentes de la batería presentes en el interior de la
envolvente de la batería (ver figura
2(b-6)).
En el caso en que el electrolito esté en estado
líquido, el cuerpo (que comprende los componentes de la batería)
extraído de esta manera es lavado con un disolvente orgánico
adecuado (ver figura 2(b-7)).
A continuación, el cuerpo lavado de esta manera
es disociado en los componentes individuales de la batería, y se
recuperan los componentes de la batería así disociados (ver figura
2(b-8)).
Si es necesario, puede descargarse la capacidad
eléctrica residual de la batería estanca usada, una vez clasificadas
las baterías, con lo que pueden ser llevadas a cabo con mayor
seguridad las etapas de apertura de la envolvente de la batería, de
la disociación de los componentes individuales y de recuperación de
los componentes. Entre los ejemplos específicos de la manera de
realización, puede mencionarse una manera en la cual los terminales
del ánodo y del cátodo de la batería están conectados eléctricamente
a un condensador para realizar la descarga, y una manera en la que
la carga es llevada a cabo conectando una resistencia entre los
terminales del ánodo y del cátodo de la batería. En cualquier caso,
la carga es llevada a cabo hasta que la capacidad eléctrica de la
batería disminuye bruscamente.
A continuación, se realizará una descripción,
haciendo referencia a los dibujos, de la manera anterior de extraer
el electrolito o el disolvente del mismo, presente en el interior de
la envolvente de la batería, como una medida para reducir la
conductividad iónica entre el cátodo y el ánodo en una batería de
tipo estanco.
La figura 3 es un diagrama esquemático que
ilustra la constitución de un ejemplo de un aparato adecuado para
extraer una solución de un electrolito o un disolvente de la misma,
presente en una batería de tipo estanco, para reducir la
conductividad iónica entre el cátodo y el ánodo en la batería de
tipo estanco, antes de abrir la envolvente de la batería de tipo
estanco, que se utiliza como una parte del aparato de recuperación
según la presente invención.
La figura 4 es un diagrama esquemático que
ilustra la constitución de otro ejemplo de un aparato adecuado para
extraer una solución de electrolito o un disolvente del mismo en una
batería de tipo estanco, para reducir la conductividad iónica entre
el cátodo y el ánodo en la batería de tipo estanco antes de abrir la
envolvente de la batería de tipo estanco, que es utilizada como
parte del aparato de recuperación según la presente invención.
Cada uno de los aparatos mostrados en las
figuras 3 y 4 corresponde a un ejemplo de un sistema utilizado en
los aparatos de recuperación precedentes, para extraer la solución
de electrolito o el disolvente de la misma a través del respiradero
de seguridad o similar, a efectos de reducir la conductividad iónica
entre el cátodo y el ánodo de la batería de tipo estanco antes de
abrir la envolvente de la batería de tipo estanco durante la
recuperación de la solución de electrolito o del disolvente de la
misma.
En el caso del aparato mostrado en la figura 3,
el aparato se pone en contacto, a través de medios de contacto
específicos, con una batería de tipo estanco que tiene un
respiradero de seguridad, tal que el aparato está en contacto
íntimo con una parte de la pared exterior de la envolvente de la
batería en las proximidades del respiradero de seguridad, y las
proximidades del respiradero de seguridad están localmente
despresurizadas para producir un diferencial de presión entre el
interior y el exterior de la envolvente de la batería. Mediante
esto, se activa el respiradero de seguridad para comunicar el
exterior y el interior de la envolvente de la batería, con lo que
se extrae el electrolito o el disolvente de la misma, presente en el
interior de la envolvente de la batería.
En el caso de aparato mostrado en la figura 4,
el aparato está dotado de un recipiente específico en el que puede
practicarse el vacío. En el recipiente se sitúa una batería de tipo
cerrado, y el interior del recipiente (que contiene la batería de
tipo cerrado) es despresurizado para aumentar de manera relativa la
presión interna de la batería de tipo estanco, con lo que se
produce un diferencial de presión entre el interior y el exterior
de la envolvente de la batería. Mediante esto, se activa el
respiradero de seguridad para comunicar el exterior y el interior
de la envolvente de la batería, con lo que se extrae el electrolito
o el disolvente de la misma, presente en el interior de la
envolvente de la batería.
Se realizará la descripción del aparato mostrado
en la figura 3 y de su funcionamiento.
En la figura 3, el numeral de referencia (100)
indica una batería estanca de tipo cerrado con una envolvente (101)
de la batería. El numeral de referencia (102) indica un respiradero
de seguridad adjunto a la batería de tipo cerrado.
El numeral de referencia (103) indica una
tubería de extracción para extraer una solución de electrolito o un
disolvente de dicha solución de electrolito de la batería (100). La
tubería de extracción (103) está dotada de una válvula de
conmutación (108) que sirve de válvula de extracción para un
electrolito o para un disolvente de dicha solución de electrolito,
y está también dotada de una tubería de suministro de gases para
introducir aire, gas nitrógeno o un gas inerte en el aparato. La
tubería de suministro de gases está dotada de una válvula de escape
(113).
El numeral de referencia (104) indica un
depósito de almacenamiento para almacenar la solución de electrolito
o el disolvente de la misma, extraído de la batería de tipo cerrado
(100) a través de la tubería de extracción (103).
El numeral de referencia (105) indica unos
medios de aspiración que comprenden una bomba de vacío o similar,
conectada al depósito de almacenamiento (104) a través de una
tubería de evacuación (107) dotada de una válvula de evacuación
(109). El numeral de referencia (106) indica un anillo tórico para
conseguir un contacto extrecho. El numeral de referencia (110)
indica una válvula de desagüe dispuesta en el depósito de
almacenamiento (104).
En particular, en el aparato mostrado en la
figura 3, la tubería de extracción (103) tiene un primera parte de
abertura dotada del anillo tórico (106), una segunda parte de
abertura abierta al depósito de almacenamiento (104), y una parte
de abertura para la introducción de un gas en el interior del
aparato, a través de la cual puede introducirse aire, gas nitrógeno
o un gas no combustible suministrado a través de la válvula de
suministro de gas dotada de la válvula de escape (113). Dicha
primera parte de la abertura está situada en una parte exterior de
la pared de la envolvente de la batería (101), incluyendo dicha
parte de la pared exterior las proximidades del respiradero de
seguridad (102) de la batería estanca (100), y dicha proximidad
incluye una parte de una tapa o cubierta (no mostrada) de la
batería (100). En particular, la primera parte de la abertura está
en contacto íntimo o está unida a dicha parte de la pared exterior
de la envolvente de la batería (101) a través del anillo tórico
(106), tal como se muestra en la figura 3. Y, tal como se ha
descrito anteriormente, la segunda parte de la abertura de la
tubería de extracción (103) se abre al depósito de almacenamiento
(104). Mediante esto, la batería (100) se comunica con el interior
del depósito de almacenamiento (104) a través de la tubería de
extracción (103).
En el sistema anterior, se ha establecido un
espacio que comprende la parte de la pared exterior de la envolvente
de la batería (que incluye el respiradero de seguridad -102- de la
batería -100-), el interior de la tubería de extracción (103) y el
interior del depósito de almacenamiento (104). En este caso, la
batería (100) está dispuesta de manera tal que la parte que tiene
el respiradero de seguridad (102) queda en posición baja, tal como
se muestra en la figura 3. Mediante los medios de aspiración (105)
conectados con el depósito de almacenamiento (104) a través de la
tubería de evacuación (107) dotada de la válvula de evacuación
(109), el interior del sistema está despresurizado para conseguir
que el espacio anterior tenga una presión interna inferior a la de
la batería (100). Mediante esto, se activa el respiradero de
seguridad (102) (en otras palabras, se abre), con lo que la
solución de electrolito o el disolvente de la misma contenido en la
batería (100) es extraído a la tubería de extracción (103), seguido
de su salida al depósito de almacenamiento (104). Como resultado de
ello, se origina una situación en la cual no hay solución de
electrolito presente entre el cátodo y el ánodo (no mostrado) en la
batería (100) y se reduce la conductividad iónica entre los dos
electrodos.
En el modo de funcionamiento anterior, si es
necesario, es posible accionar la válvula de escape (113) de la
tubería de suministro de gas para introducir aire, gas nitrógeno o
gas inerte en el sistema.
En lo que se refiere a la solución de
electrolito o el disolvente de la misma, extraída al depósito de
almacenamiento (104), se evacúa periódicamente al exterior una
cantidad predeterminada del mismo accionando la válvula de desagüe
(110), seguido de la recuperación. La solución de electrolito del
mismo así recuperada, puede ser reciclada.
A continuación, se realizará la descripción del
aparato mostrado en la figura 4 y de su funcionamiento.
El aparato mostrado en la figura 4 comprende un
contenedor de baterías (111) dotado de una tubería de extracción
(103) que se prolonga hasta un depósito de almacenamiento (104). El
contenedor de baterías (111) sirve para alojar una batería de tipo
estanco (100) que debe ser tratada y que tiene un respiradero de
seguridad (102). La tubería de extracción (103) sirve para extraer
una solución de electrolito o un disolvente de dicha solución de
electrolito contenida en la batería de tipo estanco (100). La
tubería de extracción (103) tiene una abertura en un extremo de la
misma que se abre al contenedor de baterías (111) y otra abertura al
otro extremo de la misma que se abre al depósito de almacenamiento
(104). La tubería de extracción (103) está dotada de una válvula de
conmutación (108) que sirve de válvula de extracción para la
solución de electrolito o para el disolvente de la misma.
El depósito de almacenamiento (104) sirve para
almacenar la solución de electrolito o el disolvente de la misma
que es extraído de la batería (100) a través de la tubería de
extracción (103). El interior del depósito de almacenamiento (104)
está conectado, a través de una tubería de extracción (107) dotada
de una válvula de evacuación (109), a unos medios de aspiración
(105) que comprenden una bomba de vacío o similar.
El contenedor de baterías está dotado de una
válvula de suministro de gas dotada de una válvula de escape (113)
que sirve para introducir aire, gas nitrógeno, o gas inerte en el
contenedor de baterías (111). El numeral de referencia (112) indica
una tapadera para el contenedor de baterías (111). La tapadera (112)
tapa estrechamente el contenedor de baterías (111) mediante un
anillo tórico (106).
En el sistema anterior, está establecido un
espacio que comprende la tapadera (112), el interior del contenedor
de baterías (111), la totalidad de la pared exterior de la
envolvente de la batería, incluyendo el respiradero de seguridad
(102), el interior de la tubería de extracción (103) y el interior
del depósito de almacenamiento (104). En este caso, la batería
(100) está dispuesta de manera tal que la parte que tiene el
respiradero de seguridad (102) está en la parte baja, tal como se
muestra en la figura 4. Mediante los medios de aspiración (105), se
despresuriza el interior del sistema (desde la tubería de extracción
(103) hasta el depósito de almacenamiento) para hacer que el
espacio anterior tenga una presión interna inferior a la de la
batería (100). Mediante esto, actúa el respiradero de seguridad
(102) (en otras palabras, se abre), con lo que la solución de
electrolito o el disolvente de la misma, contenido en la batería
(100) es extraído hacia la tubería de extracción (103), seguido de
su salida al depósito de almacenamiento (104). Como resultado de
ello, se dispone de una situación en la que no hay solución de
electrolito presente entre el cátodo y el ánodo (no representado)
en la batería (100) y disminuye la conductividad iónica entre los
dos electrodos.
En la operación anterior, si es necesario, es
posible accionar la válvula de escape (113) de la tubería de
suministro de gas para introducir aire, gas nitrógeno o gas inerte
en el sistema.
\newpage
En lo que se refiere a la solución de
electrolito o al disolvente de la misma, extraída al depósito de
almacenamiento (104), se evacúa periódicamente una cantidad
predeterminada del mismo mediante la apertura de la válvula de
desagüe (110) al exterior, seguido por la recuperación. La solución
de electrolito o el disolvente de la misma recuperado de esta
manera puede ser reciclado.
En el caso de la batería de tipo estanco, de la
cual ha sido extraída la solución de electrolito o el disolvente de
la misma, en el sistema mostrado en la figura 3 ó 4, tal como se ha
descrito anteriormente, se abre su envolvente de una manera
apropiada para eliminar la estanqueidad, mediante una situación en
la cual se ha reducido la conductividad iónica entre el cátodo y el
ánodo, y se recuperan los componentes de la batería.
A continuación, se realizará la descripción de
un ejemplo de la etapa de incremento de la resistencia interna de
una batería de tipo estanco, mediante el enfriamiento de la batería,
y un ejemplo de la etapa de apertura de la envolvente de dicha
batería enfriada en el proceso de recuperación de los componentes de
una batería de tipo estanco mediante la disminución de la
conductividad iónica entre el cátodo y el ánodo en la batería de
tipo estanco, haciendo referencia a un aparato mostrado en la figura
5 que tiene un sistema capaz de llevar a cabo estas etapas.
La figura 5 es una vista ideal esquemática que
ilustra un ejemplo de un aparato para enfriar una batería de tipo
estanco y para abrir la envolvente de la batería, que forma parte
del aparato de recuperación para recuperar los componentes de una
batería de tipo estanco.
En el aparato mostrado en la figura 5, se
muestra un caso en el que se utiliza un aparato de enfriamiento
capaz de enfriar una batería de tipo estanco utilizando un gas
comprimido de un gas no combustible, y el mismo gas no combustible
es utilizado como la atmósfera bajo la cual se elimina la
estanqueidad de la envolvente de la batería. El aparato mostrado en
la figura 5 está dotado de medios para recuperar el gas que ha sido
utilizado para enfriar la batería de tipo cerrado, purificando el
gas recuperado y reciclando el gas purificado. En el aparato
mostrado en la figura 5, se utiliza agua a alta presión o un haz de
energía a efectos de de abrir la envolvente de la batería.
Se detallará el aparato mostrado en la figura 5
y su funcionamiento.
En la figura 5, el numeral de referencia (200)
indica una batería de tipo cerrado, el numeral de referencia (201)
un aparato de enfriamiento (un aparato que inyecta un gas a baja
temperatura), el numeral de referencia (202) un gas a baja
temperatura, el numeral de referencia (203) una atmósfera no
combustible, el numeral de referencia (204) un aparato para
eliminar la estanqueidad de la envolvente de una batería, el numeral
de referencia (205) agua a alta presión o un haz de energía, el
numeral de referencia (206) una pared de separación, el numeral de
referencia (207) una mesa de sujeción para una batería de tipo
cerrado, el numeral de referencia (208) un mecanismo de transporte
para una batería de tipo cerrado, el numeral de referencia (209) una
tubería de alimentación de gas para un gas comprimido, el numeral
de referencia (210) un compresor, el numeral de referencia (211) un
dispositivo de eliminación para eliminar impurezas tales como el
agua, el numeral de referencia (212) un dispositivo de recuperación
del gas no combustible, el numeral de referencia (213) una tubería
de gas para recuperar un gas no combustible, el numeral de
referencia (214) un dispositivo de generación para generar agua a
alta presión o un haz de energía, y el numeral de referencia (215)
una tubería de transferencia para agua a alta presión o una tubería
de transmisión para un haz de energía.
En el aparato mostrado en la figura 5, se sujeta
una batería usada de tipo estanco (200) en la mesa de sujeción
(207) situada en el mecanismo de transporte (208) dispuesto en la
cámara delimitada por la pared de separación (206), seguido del
transporte de manera secuencial a la zona de la etapa de
enfriamiento que tiene el aparato de enfriamiento (201), y luego a
la zona de la etapa de eliminación de la estanqueidad que tiene el
aparato (204) de eliminación de la estanqueidad. El espacio de la
cámara delimitado por la pared de separación (206), incluyendo la
zona del aparato de enfriamiento (201) y la zona de aparato de
eliminación de la estanqueidad, está lleno de un gas no combustible
(la atmósfera no combustible -203-).
En el aparato de enfriamiento (201), se
suministra a la batería de tipo cerrado (200) un gas a baja
temperatura (202) que comprende un gas no combustible refrigerado,
para enfriar el electrolito contenido en la batería cerrada para
reducir de este modo su conductividad iónica. En cuanto al gas a
baja temperatura (202) utilizado en este caso, se desea que el gas
no combustible en el interior de la pared divisoria (206) sea
reciclado para su utilización. Particularmente, a este respecto,
dicho gas no combustible es recuperado mediante el dispositivo
(212) de recuperación del gas no combustible a través del conducto
de gas (213) conectado a la cámara delimitada por la pared
divisoria (206), purificado mediante el dispositivo de eliminación
de impurezas (211), comprimido por el compresor (210), suministrado
al aparato de enfriamiento (201), seguido por el suministro a la
batería de tipo cerrado (200) como el gas a baja temperatura (202)
(el gas comprimido).
En la etapa de enfriamiento anterior, para
enfriar la batería de tipo cerrado, es posible enfriar la batería
de tipo estanco, por ejemplo, mediante la utilización de un agente
de enfriamiento o un gas licuado. Como alternativa, el enfriamiento
de la batería de tipo estanco puede ser realizado de una manera en
la que la batería de tipo estanco es sumergida en agua, seguido de
la congelación del agua junto con la batería, de manera que la
batería queda estanca en el hielo.
A continuación, en el aparato (204) de
eliminación de la estanqueidad, se dirige, por ejemplo, agua a alta
presión o un haz de energía (205) a la batería de tipo estanco (200)
que ha sido enfriada en la etapa anterior de enfriamiento para
abrir la envolvente de la batería. El agua a alta presión o el haz
de energía, utilizado en este caso, está producido por el
dispositivo de generación (214), seguido del suministro al aparato
de eliminación de la estanqueidad (204) a través de la tubería de
transferencia o de la tubería de transmisión (215).
A continuación, se realizará la descripción de
las condiciones detalladas en la etapa de enfriamiento para enfriar
una batería de tipo cerrado, incluyendo dicha etapa de enfriamiento
la etapa de enfriamiento anterior utilizando el aparato mostrado en
la figura 5.
Se realizará la descripción de la temperatura de
enfriamiento a la cual es enfriada una batería de tipo cerrado con
el fin de reducir la conductividad iónica del electrolito.
Por ejemplo, cuando la batería de tipo estanco
es una batería estanca del tipo de litio, en la cual se utiliza una
solución de electrolito que comprende un electrolito, y como
electrolito se utiliza un disolvente orgánico, con el fin de
reducir la conductividad iónica del electrolito, se desea que la
batería de litio se enfríe a una temperatura inferior a la
temperatura de congelación del disolvente orgánico de la solución de
electrolito.
Cuando el electrolito de la batería de litio
comprende un electrolito sólido de polímero solidificado, utilizando
un polímero, con el fin de reducir la conductividad iónica del
electrolito, se desea enfriar la batería de litio a una temperatura
inferior a la temperatura de transición a cristal del polímero del
electrolito de polímero sólido.
Específicamente, la gama de la temperatura de
enfriamiento es de 0ºC o inferior, más preferentemente de -20º C o
inferior.
En el caso en que la batería de tipo estanco es
otra batería de tipo estanco, tal como una batería estanca del tipo
de hidruro metálico, una batería estanca del tipo de
níquel-cadmio, una batería estanca del tipo de
plomo-ácido, o similar, se desea que la temperatura de enfriamiento
de estas baterías esté comprendida dentro de la gama de
temperaturas descrita anteriormente.
Se realizará la descripción de los medios de
enfriamiento para enfriar una batería de tipo estanco con el fin de
reducir la conductividad iónica del electrolito.
El enfriamiento de una batería de tipo estanco
con el fin de reducir la conductividad iónica del electrolito puede
ser realizado mediante una forma de enfriamiento con la utilización
de un gas comprimido que comprende un gas no combustible (mediante
la utilización de un aparato de enfriamiento apropiado tal como el
aparato de enfriamiento (201) mostrado en la figura 5), u otra
forma de enfriamiento con la utilización de un gas licuado o de un
agente de enfriamiento.
La forma de enfriamiento con la utilización de
un gas comprimido que comprende un gas no combustible puede ser
llevada a cabo asimismo utilizando un aparato de enfriamiento tal
como el mostrado en la figura 6. El aparato de enfriamiento
mostrado en la figura 6 es un aparato de enfriamiento en forma de
tubo que comprende una puerta de suministro de gas comprimido (705)
a través de la cual se suministra un gas comprimido (704), una
puerta de evacuación del gas caliente (708) que incluye un regulador
de presión (706), una salida del gas de enfriamiento (702) y una
zona de generación de torbellinos (703) para generar un flujo en
torbellino (709). El numeral de referencia (701) indica una
dirección para la expulsión del gas de enfriamiento, y el numeral
de referencia (707) un gas caliente a evacuar.
En el aparato de enfriamiento mostrado en la
figura 6, mediante la salida de un gas comprimido (704) en el
interior del aparato a través del puerto de suministro de gas (705),
se expulsa un gas de enfriamiento en la dirección (701) a través de
la salida del gas de enfriamiento (702). En el caso en que se
suministra un gas que tiene una temperatura de unos 16ºC a una
presión de 3 a 7 Kg/cm^{2} a través del puerto de suministro de
gas (705), se obtiene un gas frío que tiene una temperatura
comprendida aproximadamente entre -10 y -50ºC. El gas comprimido
utilizado en el aparato puede comprender un gas no combustible que
comprenda uno o más gases seleccionados entre el grupo compuesto
por gas N_{2}, gas Ar, gas He, gas de CO_{2} y gas de
fluorocarbono.
Mediante esto, particularmente en el caso en que
la etapa de enfriamiento y la etapa de apertura de la batería de
tipo estanco en una atmósfera continua (que se describirá más
adelante), incluso cuando se produzcan casualmente cortocircuitos
internos entre el ánodo y el cátodo en la apertura de la envolvente
de la batería por medio de una manera de corte, puede evitarse de
manera deseable la generación de chispas. Además, en el caso de una
batería de tipo cerrado que tenga una envolvente de la batería capaz
de ser abierta mediante desmontaje sin llevar a cabo la operación
de corte o similar, puede evitarse deseablemente la generación de
chispas debidas a cortocircuitos internos entre el ánodo y el
cátodo en el momento en que son extraídos los componentes,
incluyendo los electrodos. Debido a esto, la operación de
recuperación de los componentes de la batería puede ser llevada a
cabo con seguridad.
\newpage
En el caso en que la etapa de enfriamiento se
lleve a cabo utilizando un gas licuado, puede utilizarse una forma
de enfriamiento en la que se sumerge la totalidad de una batería de
tipo estanco a abrir, directamente en un gas licuado apropiado tal
como nitrógeno líquido, helio líquido o similar, o una forma de
enfriamiento, en la que un gas gasificado a baja temperatura de un
gas licuado es pulverizado sobre la envolvente de la batería, de la
batería de tipo estanco a eliminar la estanqueidad.
En el caso en que la etapa de enfriamiento se
lleve a cabo utilizando un agente de enfriamiento, el agente de
enfriamiento puede incluir hielo seco-metanol, hielo
seco-etanol y hielo.
Tal como se ha descrito anteriormente, es
posible que una batería de tipo estanco sea sumergida en agua, que
se hiele el agua junto con la batería, seguido de la apertura de la
envolvente de la batería en un estado en el que la batería queda
estanca en el hielo.
Se realizará la descripción de los aspectos
particulares de la etapa de apertura de la envolvente de una batería
de tipo estanco, en la cual se ha reducido la conductividad iónica
del electrolito mediante el aparato mostrado en la figura 3 ó 4, y
en la etapa de apertura en el aparato mostrado en la figura 5.
La atmósfera en la cual se realiza la apertura
de la envolvente de una batería de tipo estanco se desea que esté
compuesta por un gas no combustible que comprende uno o más gases
escogidos entre el grupo compuesto por gas N_{2}, gas Ar, gas He,
gas CO_{2}, vapor de agua y gas de fluorocarbono. En este caso,
incluso si se produjeran casualmente cortocircuitos internos entre
el ánodo y el cátodo durante la apertura de la envolvente de la
batería, se evita deseablemente la generación de chispas, y además
se impide deseablemente que los componentes de la batería queden
deteriorados debido a la oxidación.
En el caso en que la etapa de enfriamiento se
lleve a cabo pulverizando un gas a baja temperatura a la batería de
tipo estanco, tal como se ha descrito anteriormente, utilizando un
gas del mismo tipo que el gas a baja temperatura que constituye la
atmósfera en la cual se ha llevado a cabo la etapa de eliminación de
la estanqueidad, se dispone de ventajas tales como que la
operación, incluyendo la recuperación y el reciclado del gas, puede
realizarse fácilmente y es razonable el coste de funcionamiento.
Entre los ejemplos específicos del gas de
fluorocarbono anterior, se incluyen tetrafluorometano,
hexafluoroetano, perfluoropropano, trifluorometano,
monobromotrifluorometano, diclorodifluorometano y
clorotrifluorometano.
Tal como se ha descrito anteriormente, la
apertura de la envolvente de la batería de una batería de tipo
estanco puede llevarse a cabo de una forma apropiada con la
eliminación de la estanqueidad mediante el corte con la utilización
de agua a alta presión o un haz de energía (por ejemplo, la forma de
eliminación de la estanqueidad que utiliza el aparato de
eliminación de la estanqueidad -204- mostrado en la figura 5) o con
una forma mecánica de corte.
El corte con la utilización de agua a alta
presión puede ser realizado, por ejemplo, mediante una forma de
pulverización con agua a una presión extremadamente elevada,
preferentemente 1.000 Kg/cm^{2} o superior, más preferentemente
3.000 Kg/cm^{2} o superior, en la envolvente de la batería de una
batería de tipo cerrado en forma de chorro a través de una tobera.
En este caso, el agua a pulverizar a una presión extremadamente
elevada, puede contener un abrasivo apropiado dependiendo del tipo
de constituyente de la envolvente de la batería.
El anterior haz de energía puede incluir un haz
láser, un haz de electrones y similares.
La forma de corte mecánico anterior puede ser
llevada a cabo mediante la utilización de un aparato de corte para
cortar un objeto, haciendo girar una cuchilla en forma de disco (que
tenga un borde duro y afilado) a gran velocidad, o a modo de
cizallado.
Como comentario, en el caso en que la batería de
tipo estanco se enfríe de modo que la batería queda estanca en el
hielo, tal como se ha descrito anteriormente, se desea que la
apertura de la envolvente de la batería sea realizada manteniendo
dicho estado de estanqueidad.
En el caso de la batería de tipo estanco en la
cual se ha reducido la conductividad iónica del electrolito y cuya
envolvente ha sido abierta tal como se ha descrito anteriormente, se
somete a lavado o similar el interior de la batería resultante,
seguido por someterla a clasificación y separación, y en una etapa
final, se recuperan los componentes constituyentes de la misma.
En el caso en que la batería de tipo estanco que
debe ser sometida a recuperación sea una batería de litio de tipo
estanco, una vez abierta la envolvente de la batería, puede llevarse
a cabo la etapa siguiente de recuperación de los componentes de la
batería de forma segura, mediante la reducción de la reactividad
del litio activo contenido en la batería de litio. La reducción de
la reactividad del litio activo que tiene una elevada reactividad
puede llevarse a cabo mediante la reacción de un agente reactivo
apropiado con el litio activo. A partir del agente de la reacción
que comprende el agente reactivo y el litio obtenido en este caso,
puede realizarse fácilmente la recuperación del litio metal.
Entre los ejemplos específicos de agentes
reactivos se incluyen: agua, alcoholes, ácidos, dióxido de carbono
y mezclas de dos o más de ellos.
En el caso en que se extrae una solución de
electrolito de una batería de tipo estanco mediante el incremento
de la presión interna de la batería de tipo cerrado, por ejemplo, de
la manera descrita anteriormente con referencia a las figuras 3 y
4, seguido de la apertura de la envolvente de la batería, puede
realizarse fácilmente la recuperación de la solución de
electrolito.
En este caso, la recuperación de la solución de
electrolito, en el caso de que una batería de tipo estanco sea
enfriada y se abra la envolvente de la batería, puede realizarse,
por ejemplo, de la manera siguiente.
En el caso de una batería de tipo estanco en la
cual se utiliza una solución acuosa de electrolito, una vez que se
ha abierto la envolvente de la batería, la batería resultante,
eliminada su estanqueidad, es sometida a lavado con agua
desionizada, filtrándose la solución resultante del lavado, seguido
de la evaporación del agua, con lo que puede recuperarse el
electrolito.
En el caso de una batería de tipo estanco en la
cual se utiliza una solución de electrolito que comprende un
electrolito disuelto en un disolvente orgánico, una vez eliminada la
estanqueidad de la envolvente de la batería, la batería resultante
sin estanqueidad es sometida a lavado con un disolvente orgánico
apropiado, seguido por someterla a destilación fraccionada, con lo
que puede recuperarse la solución del electrolito. En este caso,
como disolvente orgánico, cuando se utiliza un disolvente orgánico
que no puede de formar un azeotropo con el agua, se dispone de
ventajas tales como que puede utilizarse una forma de corte que
utiliza agua a alta presión para cortar la envolvente de la
batería, y como agente reactivo con el fin reducir la reactividad
del litio activo puede utilizarse agua de una fácil obtención, con
un coste de producción razonable.
Se realizará la descripción del disolvente
orgánico anterior, que no puede formar un azeotropo con el agua.
Tal como se ha descrito anteriormente, en el
caso de una batería cerrada del tipo de litio, mediante la
utilización de un disolvente orgánico que no puede formar un
azeotropo con el agua, al lavar una batería de litio no estanca
obtenida como resultado de haber eliminado la estanqueidad de la
batería de litio de tipo estanco, incluso si se utiliza agua
desionizada barata como agente reactivo para reducir la reactividad
del litio activo contenido en la batería de litio, puede separarse
fácilmente el componente orgánico de lavado con respecto al agua,
mediante destilación fraccionada.
Entre los ejemplos específicos del disolvente
orgánico anterior que no puede formar un azeotropo con el agua se
incluyen metanol, acetona, 1,2-propanodiol,
sulfóxido de dimetilo, butirolactona, carbonato de etileno y
carbonato de propileno.
A continuación, se realizará la descripción de
una batería de tipo cerrado cuyos componentes constituyentes son
recuperados de acuerdo con la presente invención, haciendo
referencia a los dibujos.
La figura 7 es una vista esquemática, en sección
transversal, que ilustra un ejemplo de una batería de tipo estanco
cuyos componentes constituyentes son recuperados según el proceso de
recuperación, o según el aparato de la presente invención.
La batería de tipo estanco mostrada en la figura
7 comprende un ánodo (301), un cátodo (302) y un separador (303)
que incluye un electrolito, los cuales están encerrados por una
envolvente (304) de la batería. En el caso en que se utiliza un
electrolito sólido como electrolito, no se instala temporalmente
ningún separador. El numeral de referencia (305) indica un terminal
negativo y el numeral de referencia (306) indica un terminal
positivo.
En el caso de la configuración de la batería de
tipo cerrado (particularmente la batería recargable de tipo
estanco), cuyos componentes constituyentes son recuperados según el
proceso de recuperación o con el aparato según la presente
invención, ésta puede tener una forma plana redonda (o forma de
moneda), una forma cilíndrica, una forma prismática o una forma
laminar. En cuanto a la estructura de la batería, se incluye un tipo
de capa única, un tipo de capas múltiples y un tipo enrollado en
espiral. En el caso de una batería cilíndrica enrollada en espiral,
que comprende un cuerpo apilado (que comprende un separador
interpuesto entre un ánodo y un cátodo) enrollado de forma múltiple
sobre un eje predeterminado, tiene ventajas en cuanto que puede
incrementarse la superficie de la batería según se desee y puede
obtenerse un elevado flujo de corriente al realizar la carga y la
descarga. En el caso de una batería tanto de forma prismática como
laminar, se tiene la ventaja de que puede utilizarse de forma
efectiva el espacio de un instrumento para alojar la batería.
\newpage
A continuación, se realizará una descripción de
la forma y la estructura de una batería de este tipo haciendo
referencia a las figuras 8, 9 y 10.
La figura 8 es una vista esquemática en sección
transversal que ilustra un ejemplo de una batería de tipo plano con
una estructura de capa única. La figura 9 es una vista esquemática
en sección transversal que ilustra un ejemplo de una batería
cilíndrica enrollada en espiral. La figura 10 es una vista
esquemática, en sección transversal, que ilustra un ejemplo de una
batería prismática. Estas baterías tienen básicamente una
constitución similar a la mostrada en la figura 6, y comprenden un
ánodo, un cátodo, un separador que incluye un electrolito, una
envolvente de la batería y un par de terminales.
En las figuras 8 y 9, los numerales de
referencia (401) (en la figura 8) indican un ánodo que comprende una
capa de material activo en el ánodo, el numeral de referencia (501)
(en la figura 9) una capa de material activo en el ánodo, la
referencia (502) (en la figura 9) un ánodo, cada uno de los
numerales de referencia (403) (en la figura 8) y (508) (en la
figura 9) un cátodo que comprende una capa de material activo en el
cátodo, el numeral de referencia (503) (en la figura 9) una capa de
material activo en el cátodo, cada uno de los numerales de
referencia (405) y (505) una tapa del ánodo (o un terminal del
ánodo), cada uno de los numerales de referencia (406) y (506) un
bote del cátodo (o un terminal del cátodo), cada uno de los
numerales de referencia (407) y (507) un separador con un
electrolito (o una solución de electrolito) retenida en su
interior, y cada uno de los numerales de referencia (410) y (510)
una junta (o una envolvente aislante).
En la figura 9, el numeral de referencia (500)
indica un colector del ánodo, el numeral de referencia (504) indica
un colector del cátodo, el numeral de referencia (511) una placa de
aislamiento, y el numeral de referencia (514) un respiradero de
seguridad.
En particular, en la batería plana de estructura
de capa única mostrada en la figura 8, está alojado un cuerpo
apilado que comprende el cátodo (403) que comprende el material
activo del cátodo, y el ánodo (401) que comprende la capa de
material activo del ánodo apilada a través de, por lo menos, el
separador (407) que tiene una solución de electrolito retenida en
el interior del bote del cátodo (406) por el lado del cátodo. El
lado del ánodo del cuerpo apilado en el bote del cátodo (406) es
estanco mediante la tapa del ánodo (405) como terminal del ánodo y
el espacio residual interior del bote del cátodo (406) está envuelto
con la junta (410) (que comprende un material aislante).
En la batería enrollada en espiral mostrada en
la figura 9, se aloja una envolvente apilada enrollada de manera
múltiple alrededor de un eje predeterminado en el interior del bote
del cátodo (506) como terminal del cátodo, de manera tal que la
cara lateral y una determinada cara lateral del fondo de la
envolvente apilada están recubiertos por el bote del cátodo (506),
comprendiendo dicha envolvente apilada, por lo menos, el separador
(507) que tiene una solución del electrolito retenida en su
interior, interpuesta entre el cátodo (508) que contiene la capa
(503) de material activo del cátodo (503) formada sobre el colector
(504) del cátodo, y el ánodo (502) que contiene la capa (501) de
material activo del ánodo formada sobre el colector (500) del ánodo.
En el lado sin cubrir del bote (506) del cátodo, está montada la
tapa del ánodo como terminal del ánodo. El espacio residual en el
interior del bote (506) del cátodo está embalado con la junta (510)
(que comprende un material aislante). El cuerpo apilado del
electrodo que tiene estructura cilíndrica está aislado
eléctricamente del lado de la tapa del ánodo a través de la placa
aislante (511). El ánodo (502) está conectado eléctricamente a la
tapa (505) del ánodo mediante el cable del ánodo (512). De manera
similar, el cátodo (508) está conectado eléctricamente al bote
(506) del cátodo por medio del cable (513) del cátodo. En el lado de
la tapa del ánodo, está dispuesto el respiradero de seguridad (514)
para regular la presión interna de la batería. Este respiradero de
seguridad puede ser utilizado para extraer la solución de
electrolito al exterior tal como se ha descrito anteriormente.
La batería prismática mostrada en la figura 10
comprende una serie de células unitarias integradas en una conexión
en paralelo a través de un colector en una envolvente de la batería
(609) que tiene una tapa, en la que cada unidad de células
comprende un separador (607) que tiene una solución de electrolito
retenida en ellas, interpuesta entre un ánodo (601) que comprende
un material activo en el ánodo y un cátodo (603) que comprende un
material activo en el cátodo. El ánodo (601) está conectado
eléctricamente a un terminal (605) del ánodo, y el cátodo (603)
está conectado eléctricamente al terminal (606) del cátodo. La
batería prismática está dotada de una serie de respiraderos de
seguridad (614) en la tapa de la envolvente de la batería
(609).
A continuación, se realizará una descripción de
cada uno de los constituyentes de la batería.
En lo que se refiere al constituyente de la
junta (-410-, -510-), puede utilizarse, por ejemplo, fluororresina,
resina de poliamida, resina de polisulfona o diversas gomas. La
estanqueidad de la batería se lleva a cabo típicamente a la manera
de un enmasillado con la utilización de la junta en el caso de la
estructura, tal como se muestra en la figura 8 ó 9. Además de
esto, puede ser realizada mediante cierre estanco con cristal,
cierre estanco con adhesivo, o soldadura.
En cuanto al constituyente de la placa aislante
(511) mostrada en la figura 9, pueden utilizarse resinas orgánicas
y cerámica.
En el caso de una configuración tal como la que
se muestra en la figura 8 ó 9, para la batería de tipo cerrado
cuyos componentes constituyentes se recuperan con la presente
invención, los terminales de los electrodos, el bote del cátodo y
el bote del ánodo sirven, respectivamente, de envolvente de la
batería, correspondiendo a la envolvente de la batería de dicho
tipo de batería de tipo cerrado en la cual están alojados los
respectivos componentes de la batería. En particular, en el caso de
la configuración mostrada en la figura 8, el bote (406) del cátodo
y la tapa (405) del ánodo sirven, respectivamente, de envolvente de
la batería, la cual funciona asimismo como un terminal de salida.
En el caso de la configuración mostrada en la figura 9, el bote
(506) del cátodo y la tapa (505) del ánodo sirven respectivamente
como envolvente de la batería que actúa también como un terminal.
El constituyente de dicha envolvente de la batería que actúa también
de terminal puede ser acero inoxidable, acero inoxidable revestido
de titanio, acero inoxidable revestido de cobre, o acero con
recubrimiento de níquel.
En las configuraciones mostradas en las figuras
8 y 9, dado que el bote del cátodo (-406-, -505-) y la tapa del
ánodo (-405-, -505-) actúan también respectivamente como envolvente
de la batería, se desea que estén constituidos de acero
inoxidable.
En el caso de una configuración de este tipo
como la mostrada en la figura 10, cuando ni el bote del cátodo ni
el bote del ánodo actúan como envolvente de la batería, el
constituyente de la envolvente de la batería puede incluir metales
como tales como cinc, plásticos tales como polipropileno y
compuestos de un metal o de fibra de vidrio con plástico.
En el caso de la batería de tipo cerrado cuyos
componentes constituyentes han sido recuperados en la presente
invención, está dotada de un respiradero de seguridad apropiado como
en el caso de la configuración mostrada en la figura 9 (la cual
está dotada del respiradero de seguridad -514-) o en la figura 10
(en la que están dispuestos los respiraderos de seguridad -614-),
con el fin de garantizar la seguridad cuando la presión interna de
la batería aumenta de manera casual, mediante la comunicación del
interior de la batería con el exterior, para reducir de este modo
el aumento de presión interna de la batería. El respiradero de
seguridad puede estar constituido por un material que comprende una
goma, un resorte, una cápsula metálica o una lámina de ruptura. El
respiradero de seguridad puede ser utilizado para extraer la
solución de electrolito presente en la batería, tal como se ha
descrito anteriormente.
A continuación, se realizará una descripción del
ánodo, del cátodo, del separador y del electrolito de la batería de
tipo cerrado utilizada en la presente invención.
La batería de tipo cerrado en la que se utiliza
un electrolito en solución acuosa y cuyos componentes constituyentes
son recuperados en la presente invención, incluye baterías de
plomo-ácido, baterías de níquel-cadmio, baterías de
níquel-hidruro metálico y baterías de
níquel-cinc.
El ánodo de estas baterías comprende un material
activo en el ánodo que comprende plomo, cadmio, una aleación que
absorbe hidrógeno o cinc, y un colector del ánodo.
La batería de tipo cerrado cuyos componentes
constituyentes son recuperados en la presente invención incluye
asimismo diversas baterías de litio. El ánodo de estas baterías de
litio comprende un constituyente principal que retiene el litio de
las mismas en una etapa previa al funcionamiento de la descarga, y
un colector del ánodo.
Entre los ejemplos específicos de dichos
constituyentes principales se incluyen: litio metálico, materiales
carbonosos en los cuales está intercalado litio, óxidos metálicos de
transición, y aleaciones de litio.
El colector del ánodo sirve para suministrar una
corriente eléctrica, de manera que puede ser consumida de una
manera eficiente en la reacción del electrodo al realizar la carga y
la descarga o para recoger una corriente eléctrica generada.
El colector del ánodo puede estar constituido
por un material apropiado que sea eléctricamente conductor e
inactivo frente a la reacción de la batería.
Entre los ejemplos específicos de dicho material
se incluyen metales tales como Ni, Ti, Cu, Al, Pt, Pd, Au y Zn,
aleaciones de estos metales tales como acero inoxidable y metales
compuestos de dos o más de dichos metales.
El colector del ánodo puede estar conformado en
forma de placa, en forma de lámina, en forma de malla, en forma de
esponja porosa, en forma de metal perforado o en forma de metal
expandido.
El cátodo de la batería de tipo cerrado, cuyos
componentes constituyentes son recuperados en la presente invención,
comprende generalmente un colector del cátodo, un material activo
del cátodo, un conductor eléctrico auxiliar y un agente
aglutinante.
El cátodo se forma generalmente disponiendo una
mezcla de un material activo en el cátodo, un conductor eléctrico
auxiliar y un agente aglutinante sobre un elemento apto para servir
de colector del cátodo.
El conductor eléctrico auxiliar puede incluir
grafito, negros de carbón tales como negro "ketjen", y negro
de acetileno y polvos metálicos finos de níquel o similares.
Como agente aglutinante en el caso de utilizar
soluciones de electrolitos de serie no acuosa, pueden ejemplificarse
poliolefinas tales como polietileno, polipropileno y similares; y
fluororresinas tales como fluoruro de polivinilideno, polímero de
tetrafluoretileno y similares.
Como agente aglutinante, en el caso de utilizar
soluciones de electrolitos de serie acuosa, pueden ejemplificarse
celulosas, alcohol polivinílico y cloruro de polivinilo, además de
los ejemplificados en el caso de utilizar la solución de
electrolitos de serie no acuosa.
Como material activo del cátodo, en la batería
de tipo cerrado en la que se utiliza una solución de electrolitos
de serie acuosa y cuyos componentes constituyentes son recuperados
en la presente invención tales como baterías de plomo-ácido,
baterías de níquel-cadmio, baterías de
níquel-hidruro metálico o baterías de
níquel-cinc, se utiliza óxido de plomo, níquel
(III) oxihidróxido o hidróxido de níquel.
Las baterías de tipo cerrado cuyos componentes
constituyentes son recuperados en la presente invención incluyen
asimismo diversas baterías de litio. Como material activo en el
cátodo en estas baterías de litio, se utiliza generalmente un
compuesto escogido entre óxidos metálicos de transición, sulfuros
metálicos de transición, óxidos metálicos de transición a litio y
sulfuros metálicos de transición a litio. Los metales de estos
óxidos metálicos de transición y de los sulfuros metálicos de
transición pueden incluir metales que tengan una estructura laminar
parcialmente en "d" o en "f". Ejemplos específicos de
dichos metales son Sc, Y, lantanoides, actinoides, Ti, Zr, Hf, V,
Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt,
Cu, Ag y Au. De ellos, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni y Cu son
particularmente apropiados.
El colector del cátodo en la batería de tipo
cerrado, cuyos componentes constituyentes son recuperados en la
presente invención, sirve para suministrar una corriente eléctrica
de manera que pueda ser consumida de manera eficiente para la
reacción del electrodo al llevar a cabo la carga y la descarga o
para recoger una corriente eléctrica generada. Por consiguiente, se
desea que el colector del cátodo esté constituido por un material
que tenga una elevada conductibilidad eléctrica y que sea inactivo
frente a la reacción de la batería.
El material del que está constituido el colector
del cátodo puede incluir Ni, Ti, Cu, Al, Pt, Pb, Au, Zn, aleaciones
de estos metales tales como acero inoxidable, y metales compuestos
de dos o más de dichos metales.
El colector del cátodo puede estar conformado en
forma de placa, en forma de lámina, en forma de malla, en forma de
esponja porosa, en forma de metal perforado, o en forma de metal
expandido.
En este caso, el término "material activo"
en los materiales activos anteriores del ánodo y del cátodo
significa un material que está implicado en la repetición de la
reacción electroquímica reversible de carga y descarga en la
batería. Dicho material activo puede incluir además de dicho
material, implicado por sí mismo en la reacción anterior, otros
materiales capaces de intervenir en la reacción anterior.
El separador de la batería de tipo cerrado,
cuyos componentes constituyentes son recuperados en la presente
invención, está dispuesto entre el ánodo y el cátodo y sirve para
impedir que el ánodo y el cátodo sufran cortocircuitos internos.
Además, el separador sirve también para retener la solución de
electrolito.
Se requiere que el separador tenga una
estructura porosa capaz de permitir que los iones implicados en la
reacción de carga y descarga pasen a través del mismo, y se requiere
asimismo que sea insoluble en la solución de electrolito y estable
en la misma.
Generalmente, el separador está constituido por
una tela sin tejer o una membrana que tiene una estructura de
microporos fabricada en cristal, una polioleofina tal como
polipropileno o polietileno, fluororresina, o poliamida. Como
alternativa, el separador puede estar constituido por una película
de un óxido metálico o una película de resina combinada con un
óxido metálico, respectivamente, que tengan un cierto número de
microporos.
En el caso del electrolito utilizado en la
batería de tipo cerrado, cuyos componentes constituyentes son
recuperados en la presente invención, puede utilizarse un
electrolito apropiado, tal cual, una solución de dicho electrolito
disuelto en un disolvente o un material de dicha solución que haya
sido inmovilizado utilizando un agente gelificante.
Sin embargo, una solución de un electrolito
obtenida mediante la disolución de un electrolito apropiado en un
disolvente es la utilizada generalmente, de manera tal que dicha
solución del electrolito está retenida en el sepa-
rador.
rador.
\newpage
Cuanto mayor sea la conductividad eléctrica del
electrolito, tanto mejor. En particular, es deseable utilizar un
electrolito de este tipo en el que la conductividad eléctrica a 25ºC
es preferentemente de 1 x 10^{-3} S/cm o superior, o más
preferentemente, de 5 x 10^{-3} S/cm o superior.
En el caso de una batería de plomo-ácido, se
utiliza como electrolito una solución acuosa de ácido sulfúrico.
En el caso de una batería de
níquel-cadmio, de una batería de
níquel-hidruro metálico, o de una batería de
níquel-cinc, se utiliza como electrolito una
solución acuosa de un álcali. En particular, generalmente se
utiliza una solución acuosa de hidróxido potásico con la adición de
hidróxido de litio.
En el caso de una batería de litio, generalmente
se utiliza como electrolito un electrolito determinado disuelto en
un disolvente determinado.
El electrolito puede incluir ácidos inorgánicos
tales como H_{2}SO_{4}, HCl y HNO_{3}; sales de Li^{+} (ión
litio) con ión ácido Lewis tales como BF_{4}^{-},
PF_{6}^{-}, ClO_{4}^{-}, CF_{3}SO_{3}^{-}, o
BPh_{4}^{-} (siendo Ph un grupo fenilo); y mezclas de dos o más
de dichas sales.
Además de éstas, son también utilizables las
sales de iones ácidos Lewis con cationes, tales como ión sodio, ión
potasio, ión tetraalquilamonio o similares.
En cualquier caso, es deseable que las sales
anteriores sean utilizadas después de haber sido sometidas a
deshidratación o a desoxigenación, por ejemplo, mediante un
tratamiento térmico a presión reducida.
El disolvente en el cual está disuelto el
electrolito puede incluir acetonitrilo, benzonitrilo, carbonato de
propileno, carbonato de etileno, carbonato de dimetilo, carbonato de
dietilo, dimetilformamida, tetrahidrofurano, nitrobenceno,
dicloroetano, dietoxietano, 1,2-dimetoxietano,
clorobenceno, \gamma-butirolactona, dioxolana,
sulfolan, nitrometano, sulfuro de dimetilo, sulfóxido de dimetilo,
formato de metilo,
3-metil-2-oxidazolidinona,
2-metiltetrahidrofurano,
3-propilsidonona, dióxido de azufre, cloruro de
fosfonilo, cloruro de tionilo, cloruro de azufre y mezclas de dos o
más de éstos.
En lo que se refiere a estos disolventes, se
desea que sean sometidos a deshidratación utilizando alúmina
activada, cribas moleculares, pentóxido de fósforo, o cloruro
cálcico antes de su utilización. Como alternativa, es posible
someterlos a destilación en una atmósfera compuesta de gas inerte en
presencia de un metal alcalino, en el que se han eliminado la
humedad y las materias extrañas.
Con el fin de evitar fugas de la solución de
electrolito, se desea que la solución del electrolito sea gelificada
utilizando un agente gelificante apropiado.
El agente gelificante utilizable en este caso
puede incluir polímeros que tienen propiedades tales que absorben
el disolvente de la solución del electrolito al hincharse. Entre los
ejemplos específicos de dichos polímeros se incluyen óxido de
polietileno, alcohol polivinílico y poliacrilamida.
A continuación, se describirá la presente
invención con mayor detalle haciendo referencia a ejemplos, que son
únicamente a efectos ilustrativos, pero no está previsto limitar el
ámbito de la presente invención a estos ejemplos. Los ejemplos 2 a
6 están fuera del ámbito de las reivindicaciones, pero proporcionan
explicaciones adicionales.
En este ejemplo, en el caso de una batería
prismática de níquel-hidruro metálico que tiene la
configuración mostrada en la figura 10, en base al diagrama de
flujos mostrado en la figura 1 y utilizando el aparato mostrado en
la figura 3 como parte del sistema de recuperación descrito
anteriormente, se eliminó la estanqueidad de la envolvente de la
batería, seguido por someterla a un lavado, siendo disociado el
resultante en los componentes individuales de la batería, y estos
componentes de la batería fueron recuperados por separado.
Tal como en la batería mencionada anteriormente,
se utilizó una batería prismática usada, de
níquel-hidruro metálico, que se compone de un
cátodo que comprende un material de níquel poroso cuya estructura
porosa está llena de hidróxido de níquel y de partículas finas de
níquel, un ánodo que comprende un material de níquel poroso cuya
estructura porosa está llena de una aleación pulverulenta para el
almacenamiento de hidrógeno y un aglutinante, una solución de un
electrolito que comprende una solución acuosa de hidróxido potásico
con la adición de hidróxido de litio, y una envolvente de la
batería fabricada en polipropileno.
A continuación, se explicarán, de forma
secuencial, la etapa de reducción de la conductividad iónica de la
batería, la etapa de eliminación de la estanqueidad y la etapa de
recuperación, haciendo referencia a las figuras 1 y 3.
- 1.1.
- Se conectó eléctricamente un condensador al terminal de la batería prismática de níquel-hidruro metálico, seguido por someter la batería a la descarga, con lo que la capacidad eléctrica residual de la batería fue transferida al condensador.
- 2.2.
- La batería así descargada fue colocada en el aparato mostrado en la figura 3, de modo que la cara que lleva el respiradero de seguridad quedaba en la parte baja tal como se muestra en la figura 3.
- 3.3.
- Mediante la actuación de la bomba de vacío de los medios de aspiración (105) y abriendo la válvula de evacuación (109), el interior del depósito de almacenamiento (104) quedó despresurizado, seguido del cierre de la válvula de evacuación (109). A continuación, se abrió la válvula de conmutación (108) para activar los respiraderos de seguridad de la batería. Mediante esto, se incrementó la presión interna de la batería y como resultado la solución de electrolito de la batería fue extraída por la tubería de extracción (103), seguido de su salida al depósito de almacenamiento (104). A continuación, se abrió la válvula de escape (113) para introducir gas nitrógeno en el aparato, con lo que el interior del depósito de almacenamiento (104) volvió a la presión atmosférica. A continuación, la batería, cuya solución de electrolito había sido extraída, fue separada del aparato.
- La solución de electrolito de la batería se recuperó en el depósito de almacenamiento (104). La solución de electrolito así recuperada puede ser reciclada mediante filtrado y refinado.
- 4.4.
- La batería, cuya solución de electrolito había sido extraída, obtenida en la etapa 3, fue sometida a un aparato de corte con agua a alta presión, en el que se pulverizó agua sobre la batería a una presión elevada de 3.500 Kg/cm^{2} (conteniendo un abrasivo en polvo), para cortarla y eliminar la estanqueidad de la envolvente de la batería.
- 5.5.
- A partir de la batería sin estanqueidad obtenida en la etapa 4, se extrajeron el cátodo, el ánodo y el separador, que fueron lavados y secados, seguido a continuación de su clasificación y recuperación.
En este caso, debido a que la solución de
electrolito había sido extraída de la batería en la etapa 3, incluso
si el ánodo hubiera sido puesto en contacto con el cátodo en la
extracción, podrían haber sido recuperados ambos con seguridad sin
liberación de energía.
Según lo anterior, se midió la impedancia entre
los terminales positivo y negativo mediante un medidor de
impedancia, en la batería prismática usada de
níquel-hidruro metálico antes de llevar a cabo la
extracción del electrolito. Como resultado, se halló que era de 2
m\Omega. Y en el caso de la batería prismática usada, cuya
solución de electrolito había sido extraída, se midió de la misma
forma la impedancia entre los terminales. Como resultado, se halló
que era superior a 5 M\Omega. Esto indica que mediante el
enfriamiento anterior, aparentemente ha aumentado deseablemente la
resistencia interna de la batería.
En este ejemplo, se ha realizado la descripción
de la recuperación de la batería prismática de
níquel-hidruro metálico.
Pero la forma de recuperación de este ejemplo no
es limitativa. La forma de recuperación es efectiva para recuperar
otras baterías de tipo cerrado, en las cuales se ha utilizado un
electrolito líquido y que tienen un respiradero de seguridad, tales
como baterías de níquel-cadmio, baterías de plomo y
baterías de litio incluyendo baterías de ión litio.
En este ejemplo, en el caso de una batería
cilíndrica de litio que tiene la configuración mostrada en la figura
9, en base al diagrama de flujos mostrado en la figura 2 y
utilizando el aparato de enfriamiento y de eliminación de la
estanqueidad mostrado en la figura 5, se eliminó la estanqueidad de
la envolvente de la batería, seguido por someterla a lavado, siendo
disociado el resultante en los componentes individuales de la
batería, y estos componentes de la batería fueron recuperados por
separado.
Tal como en el caso de la batería anterior, se
utilizó una batería primaria de litio gastada, en la cual quedaron
estancos mediante enmasillado, un ánodo formado laminando a presión
una lámina de litio metal sobre metal expandido de níquel, un
cátodo formado aplicando una pasta (obtenida mezclando dióxido de
manganeso (como material activo catódico), negro de acetileno (como
conductor auxiliar de la electricidad) y fluoruro de polivinilideno
(como aglutinante) sobre un elemento de malla de níquel y secando el
resultante, un separador que comprende un elemento de polietileno
que tiene un cierto número de poros y una solución de electrolito
obtenida disolviendo tetrafluoroborato de litio en una cantidad de
1 M (mol/l) en una mezcla de disolventes compuesta por carbonato de
etileno (EC) y carbonato de dimetilo (DMC). Y se utilizó acero
inoxidable como envolvente de la batería.
A continuación, se explicarán de forma
secuencial, haciendo referencia a las figuras 2 y 5, con el diagrama
de flujos de la figura 2, la etapa de descarga y recuperación de la
capacidad eléctrica residual en la batería antes del enfriamiento
de la batería, la etapa de enfriamiento de la batería, la etapa de
eliminación de la estanqueidad y la etapa de recuperación.
- 1.1.
- Se conectó eléctricamente un condensador al terminal de salida de la batería cilíndrica primaria de litio usada, seguido por someter la batería a la descarga, con lo que la capacidad eléctrica residual de la batería fue transferida al condensador.
- 2.2.
- Utilizando el aparato de enfriamiento (201) de la figura 5, la batería descargada en la etapa 1 fue sumergida en nitrógeno líquido, seguido del enfriamiento de la batería a una temperatura inferior al punto de coagulación de la mezcla de disolventes orgánicos (compuesta de carbonato de etileno y carbonato de dimetilo) de la solución del electrolito, con lo que se disminuyó la conductividad iónica de la batería.
- Se midieron las impedancias entre los terminales positivos y negativos antes y después del tratamiento de enfriamiento utilizando el medidor de impedancia como en el Ejemplo 1. Los resultados medidos revelaron que la impedancia antes del tratamiento de enfriamiento era de 60 m\Omega y después del tratamiento de enfriamiento, superior a 50 K\Omega.
- Además, únicamente para la única solución de electrolito, se enfrió en las mismas condiciones que las de enfriamiento de la batería. Y las conductividades iónicas del electrolito antes y después del tratamiento de enfriamiento. Como resultado, se halló que la conductividad iónica antes del tratamiento había disminuido aparentemente a 1/10 mediante el tratamiento de enfriamiento.
- 3.3.
- La batería enfriada en la etapa 2 fue extraída en una atmósfera de gas Ar, fue montada sobre la mesa de sujeción (-207-, en la figura 5) seguido de su transporte por medio del mecanismo de transporte (-208-, en la figura 5) hasta la zona de eliminación de la estanqueidad que contiene el aparato de eliminación de la estanqueidad (-204-, en la figura 5) que comprende un aparato de corte por agua a alta presión, en el que se pulverizó agua sobre la batería a una presión muy elevada de 3.500 Kg/cm^{2} conteniendo un abrasivo en polvo, a través de la tobera para cortarla y eliminar la estanqueidad de la envolvente de la batería.
- 4.4.
- La batería, cuya estanqueidad fue eliminada de este modo, fue sometida a lavado con metanol, con lo que el litio activo presente en la batería fue convertido en alcoholato de litio. A continuación, se recuperó la mezcla de disolventes resultante compuesta por la solución de electrolito y metanol. Se extrajeron y se recuperaron por separado del bote cilíndrico de la envolvente de la batería el ánodo, el separador y el cátodo.
En este ejemplo, en el caso de una batería
recargable de litio en forma de moneda que tiene la configuración
mostrada en la figura 8, en base al diagrama de flujos mostrado en
la figura 2 y utilizando el aparato de enfriamiento y de
eliminación de la estanqueidad mostrado en la figura 5, se eliminó
la estanqueidad de la envolvente de la batería, seguido por
someterla a lavado, siendo disociado el resultante en los
componentes individuales de la batería, y estos componentes de la
batería fueron recuperados por separado.
Como en la batería anterior, se utilizó una
batería recargable de litio gastada, en forma de moneda, en la cual
quedaron estancos mediante enmasillado, un ánodo formado laminando a
presión una lámina de litio metal sobre metal expandido de níquel,
un cátodo formado aplicando una pasta (obtenida mezclando un
material de litio-óxido de níquel (como material activo catódico),
negro de acetileno (como conductor auxiliar de la electricidad) y
fluoruro de polivinilideno (como aglutinante) para obtener una
mezcla y añadiendo N-metilpirrolidona a dicha
mezcla) sobre un elemento de malla de níquel y secando el
resultante, y un electrolito de polímero sólido obtenido
disolviendo tetrafluoroborato de litio en una cantidad de 1 M
(mol/l) en una mezcla de disolventes compuesta por carbonato de
dietilo y carbonato de propileno, en una proporción de mezclado
equivalente y solidificando el resultado añadiendo óxido de
polietileno al mismo. Se utilizó acero inoxidable como envolvente de
la batería, de la batería de litio.
A continuación, se explicarán de forma
secuencial, haciendo referencia a las figuras 2 y 5, en el diagrama
de flujos de la figura 2, la etapa de descarga y de recuperación de
la capacidad eléctrica residual en la batería antes de enfriar la
batería, la etapa de enfriamiento de la batería, la etapa de
eliminación de la estanqueidad y la etapa de recuperación.
Como medio de enfriamiento (el aparato de
enfriamiento -201- en la figura 5) se utilizó un aparato de
enfriamiento (nombre comercial: VORTEX TUBE, fabricado por la
Compañía VORTEX de los Estados Unidos) en el cual se utilizó un gas
comprimido. Como gas comprimido se utilizó gas CO_{2}.
- 1.1.
- Se alimentó con gas CO_{2} a 5 Kg/cm^{2} a través del puerto de suministro del aparato de enfriamiento (201) anterior, para pulverizar con un chorro de CO_{2} frío a -40ºC la batería recargable de litio gastada, en forma de moneda, con lo cual la batería fue enfriada a una temperatura inferior a la temperatura de transición a cristal del óxido de polietileno del electrolito de polímero sólido.
- Se midieron las impedancias entre los terminales positivo y negativo de la batería usada, antes y después del tratamiento de enfriamiento, de la misma manera que en el Ejemplo 1. Los resultados medidos revelaron que la impedancia antes del tratamiento de enfriamiento era de 500 m\Omega y después del tratamiento de enfriamiento era superior a 5 K\Omega. En base a esto, y al resultado de la medición de la conductividad iónica de la solución de electrolito, de la misma manera que en el Ejemplo 2, se encontró que la conductividad iónica antes del tratamiento de enfriamiento aparentemente había disminuido a 1/10 como resultado del tratamiento de enfriamiento.
- 2.2.
- La batería enfriada en la etapa 2, fue colocada en una atmósfera de gas CO_{2}, fue montada sobre la mesa de sujeción (-207-, en la figura 5) seguido de su transporte por medio del mecanismo de transporte (-208-, en la figura 5) a la zona de eliminación de la estanqueidad que contiene el aparato de eliminación de la estanqueidad (-204-, en la figura 5) que comprende un aparato YAG de corte por láser, cuyo haz láser fue irradiado sobre la batería para cortar y eliminar la estanqueidad de la envolvente de la batería.
- 3.3.
- Del bote de la batería recargable cortada, como envolvente de la batería, se extrajeron el ánodo, el electrolito de polímero sólido y el cátodo, y fueron recuperados por separado.
En este ejemplo, en el caso de una batería
cilíndrica recargable de litio que tiene la configuración mostrada
en la figura 9, en base al diagrama de flujos mostrado en la figura
2 y utilizando el aparato de enfriamiento y de eliminación de la
estanqueidad mostrado en la figura 5, se eliminó la estanqueidad de
la envolvente de la batería, seguido por someterla a un lavado,
siendo disociado el resultante en los componentes individuales de
la batería, y estos componentes de la batería fueron recuperados por
separado.
Tal como en la batería anterior, se utilizó una
batería recargable de litio gastada, en la cual quedaron estancos
mediante enmasillado, un ánodo formado aplicando una pasta (obtenida
mezclando grafito natural con fluoruro de polivinilideno (como
aglutinante) para obtener una mezcla y añadiendo
N-metilpirrolidona a dicha mezcla) sobre una lámina
de cobre y secando el resultante, un cátodo formado aplicando una
pasta (obtenida mezclando un material de litio-óxido de cobalto
(como material catódico activo), negro de acetileno (como conductor
auxiliar de la electricidad) y fluoruro de polivinilideno (como
aglutinante) para obtener una mezcla y añadiendo
N-metilpirrolidona a dicha mezcla) sobre una lámina
de aluminio y secando el resultante, un separador que comprende un
elemento de polietileno que tiene un cierto número de poros y una
solución de electrolito obtenida disolviendo tetrafluoroborato de
litio en una cantidad de 1 M (mol/l) en una mezcla de disolventes
compuesta por carbonato de etileno (EC) y carbonato de dimetilo
(DMC) con una proporción de mezclado equivalente. Como envolvente
de la batería se utilizó acero inoxidable.
A continuación, se explicarán de forma
secuencial, haciendo referencia a las figuras 2 y 5, con el diagrama
de flujos de la figura 2, la etapa de descarga y de recuperación de
la capacidad eléctrica residual en la batería antes de enfriar la
batería, la etapa de enfriamiento de la batería, la etapa de
eliminación de la estanqueidad y la etapa de recuperación.
Como medio de enfriamiento (el aparato de
enfriamiento (201) de la figura 5) se utilizó un aparato de
enfriamiento (nombre comercial: VORTEX TUBE, fabricado por la
Compañía VORTEX de los Estados Unidos) en el cual se utilizó un gas
comprimido. Como gas comprimido se utilizó gas Ar.
- 1.1.
- Se conectó eléctricamente un condensador al terminal de salida de la batería recargable de litio, seguido por someter la batería a la descarga, con lo que la capacidad eléctrica residual de la batería fue transferida al condensador.
- 2.2.
- Se alimentó con gas Ar a 7 Kg/cm^{2} a través del puerto de suministro de gas del aparato de enfriamiento (201) anterior, para pulverizar la batería cilíndrica recargable de litio descargada en la etapa 1, con un chorro de Ar frío a -30ºC, con lo cual la batería fue enfriada a una temperatura inferior al punto de coagulación de la mezcla de disolventes (compuesta de carbonato de etileno y carbonato de dimetilo) de la solución del electrolito.
- Se midieron las impedancias entre los terminales positivos y negativos antes y después del tratamiento de enfriamiento, de la misma manera que en el Ejemplo 1. Los resultados de la medición revelaron que la impedancia antes del tratamiento de enfriamiento era de 80 m\Omega y después del tratamiento de enfriamiento era superior a 5 K\Omega. En base a esto y al resultado de la medición de la conductividad iónica de la solución de electrolito, de la misma manera que en el Ejemplo 2, se encontró que la conductividad iónica antes del tratamiento de enfriamiento aparentemente había disminuido a 1/10 como resultado del tratamiento de enfriamiento.
- 3.3.
- La batería enfriada en la etapa 2 fue extraída en una atmósfera de gas Ar, fue montada sobre la mesa de sujeción (-207-, en la figura 5) seguido de su transporte por medio del mecanismo de transporte (-208-, en la figura 5) a la zona de eliminación de la estanqueidad que contiene el aparato de eliminación de la estanqueidad (-204-, en la figura 5) que comprende un aparato de corte por alta presión, en el que se pulverizó agua sobre la batería a una presión muy elevada de 3.500 Kg/cm^{2} (que contiene un abrasivo en polvo), para cortarla y eliminar la estanqueidad de la envolvente de la batería.
- 4.4.
- La batería, cuya estanqueidad fue eliminada de este modo, fue sometida a un lavado con agua, con lo que el litio activo presente en la batería se convirtió en hidróxido de litio. A continuación, fue lavada adicionalmente con lo que se recuperó la mezcla de disolventes compuesta por la solución de electrolito, metanol y agua. Del bote cilíndrico como envolvente de la batería, se extrajeron y se recuperaron por separado el ánodo, el separador y el cátodo. La mezcla anterior de disolventes compuesta por la solución de electrolito, metanol y agua fue sometida a destilación, con lo que el electrolito, el disolvente orgánico y el metanol fueron recuperados separadamente.
En este ejemplo, utilizando una batería
cilíndrica recargable de litio usada, que tiene la misma
constitución que la batería cilíndrica recargable de litio
utilizada en el Ejemplo 4, y en base al diagrama de flujos mostrado
en la figura 2, se eliminó la estanqueidad de la envolvente de la
batería, seguido por someterla a lavado, siendo disociado el
resultante en los componentes individuales de la batería, y estos
componentes de la batería fueron recuperados por separado.
A continuación, se explicarán de forma
secuencial, haciendo referencia a la figura 2, con el diagrama de
flujos de la figura 2, la etapa de descarga y de recuperación de la
capacidad eléctrica residual en la batería antes de enfriar la
batería, la etapa de enfriamiento de la batería, la etapa de
eliminación de la estanqueidad y la etapa de recuperación.
- 1.1.
- Se conectó eléctricamente un condensador al terminal de salida de la batería cilíndrica recargable de litio, seguido por someter la batería a la descarga, con lo que la capacidad eléctrica residual de la batería fue transferida al condensador.
- 2.2.
- La batería cilíndrica recargable de litio gastada, descargada en la etapa 1, fue sumergida en un recipiente lleno de agua, seguido por someterla a una rápida congelación, con lo cual la batería quedó estanca en el hielo.
- Se midieron las impedancias entre los terminales positivos y negativos antes y después del tratamiento de enfriamiento, de la misma manera que en el Ejemplo 1. Los resultados de la medición revelaron que la impedancia antes del tratamiento de enfriamiento era de 80 m\Omega y después del tratamiento de enfriamiento era superior a 3 k\Omega. En base a esto y al resultado de la medición de conductividad iónica de la solución de electrolito, de la misma manera que en el Ejemplo 2, se encontró que la conductividad iónica antes del tratamiento de enfriamiento aparentemente había disminuido a 1/10 como resultado del tratamiento de enfriamiento.
- 3.3.
- La batería estanca en hielo en la etapa 2 fue extraída en una atmósfera de gas nitrógeno, fue montada sobre una mesa de sujeción, seguido de su transporte a un cortador de disco capaz de girar a gran velocidad para llevar a cabo el corte de un objeto, en donde fue cortada la batería estanca en el hielo, con lo que se eliminó la estanqueidad de la envolvente de la batería.
- 4.4.
- Eliminada de esta manera la estanqueidad de la batería, fue descongelada seguido por un lavado con acetona, con lo que se recuperó la mezcla de disolventes resultante compuesta por la solución de electrolito, acetona y agua. A partir del bote cilíndrico como envolvente de la batería, se extrajeron el ánodo, el separador y el cátodo, y fueron recuperados separadamente. La mezcla anterior de disolventes compuesta por la solución de electrolito, acetona y agua fue sometida a destilación, con lo que el electrolito, el disolvente orgánico y el metanol fueron recuperados separadamente.
En este ejemplo, en el caso de una batería
prismática recargable de litio que tiene la configuración mostrada
en la figura 10, en base al diagrama de flujos mostrado en la figura
2, se eliminó la estanqueidad de la envolvente de la batería,
seguido por someterla a un lavado, siendo disociado el resultante en
los componentes individuales de la batería, y estos componentes de
la batería fueron recuperados por separado. Aunque no se muestra en
la figura 10, en dicha batería prismática recargable de litio, están
montados mediante un anillo tórico y con tornillos, una envolvente
de la batería fabricada en una aleación de aluminio y una tapa de
batería dotada de un par de terminales de salida y de entrada y una
serie de respiraderos de seguridad.
Como en la batería anterior, se utilizó una
batería prismática recargable de litio usada, en la cual quedaron
estancos mediante enmasillado, un ánodo formado aplicando una pasta
(obtenida mezclando grafito natural con fluoruro de polivinilideno
(como aglutinante) para obtener una mezcla y añadiendo
N-metil-2-pirrolidona
a dicha mezcla) sobre una lámina de cobre y secando el resultante,
un cátodo formado aplicando una pasta (obtenida mezclando un
material de litio-óxido de cobalto (como material catódico activo),
negro de acetileno (como conductor auxiliar de la electricidad) y
fluoruro de polivinilideno (como aglutinante) para obtener una
mezcla, y añadiendo N-metilpirrolidona a dicha
mezcla) sobre una lámina de aluminio y secando el resultante, un
separador que comprende un elemento de polietileno que tiene un
cierto número de poros y una solución de electrolito obtenida
disolviendo tetrafluoroborato de litio en una cantidad de 1 M
(mol/l) en una mezcla de disolventes compuesta por carbonato de
etileno (EC) y carbonato de dimetilo (DMC) con una proporción de
mezclado equivalente y se introdujo un resorte de lámina para el
prensado con el fin de acortar la distancia entre el cátodo y el
ánodo.
A continuación, se explicarán de forma
secuencial, haciendo referencia a la figura 2, en el diagrama de
flujos de la figura 2, la etapa de descarga y de recuperación de la
capacidad eléctrica residual en la batería antes de enfriar la
batería, la etapa de enfriamiento de la batería, la etapa de
eliminación de la estanqueidad y la etapa de recuperación.
Como medio de enfriamiento se utilizó hielo
seco-metanol.
\newpage
- 1.1.
- Se conectó eléctricamente un condensador al terminal de salida de la batería prismática recargable de litio, seguido por someter la batería a la descarga, con lo que la capacidad eléctrica residual de la batería fue transferida al condensador.
- 2.2.
- La batería de litio prismática, recargable, usada, descargada en la etapa 1, fue sumergida en un agente de enfriamiento de hielo seco y metanol, obtenido añadiendo hielo seco al metanol, con lo cual la batería fue enfriada a una temperatura inferior al punto de coagulación de la mezcla de disolventes (compuesta de carbonato de etileno y carbonato de dimetilo) de la solución del electrolito, con el fin de reducir la conductividad iónica de la batería.
- Se midieron las impedancias entre los terminales positivos y negativos antes y después del tratamiento de enfriamiento, de la misma manera que en el Ejemplo 1. Los resultados de la medición revelaron que la impedancia antes del tratamiento de enfriamiento era de 70 m\Omega y después del tratamiento de enfriamiento era superior a 1 M\Omega. En base a esto y al resultado de la medición de la conductividad iónica de la solución de electrolito, de la misma manera que en el Ejemplo 2, se encontró que la conductividad iónica antes del tratamiento de enfriamiento aparentemente había disminuido a 1/10 como resultado del tratamiento de enfriamiento.
- 3.3.
- La batería enfriada en la etapa 2 fue extraída en una atmósfera de gas Ar, y se aflojaron los tornillos para separar la tapa de la batería que tiene los respiraderos de seguridad, con lo cual la envolvente de la batería perdió la estanqueidad.
- 4.4.
- Eliminada de esta manera la estanqueidad de la batería, se extrajeron el ánodo, el cátodo, el separador y el resorte de lámina, seguido por someter a lavado con metanol, y se recuperaron por separado el ánodo, el cátodo, el separador y el resorte de lámina y asimismo el disolvente compuesto por la solución del electrolito y el metanol. La solución mezclada compuesta por la solución del electrolito y el metanol fue sometida a destilación, con lo que el electrolito, el disolvente orgánico y el metanol fueron recuperados separadamente.
Como comentario, en cada uno de los ejemplos
anteriores del 2 al 6, la operación de recuperación se llevó a cabo
en 10 baterías, en ninguna de las cuales se produjo humo ni chispas,
ni resultaron dañados los componentes de las baterías debido a
quemado o similar y, en cualquier caso, los componentes de las
baterías pudieron ser recuperados como se deseaba.
En cada uno de los ejemplos anteriores 2 a 6, se
ha realizado la descripción de la recuperación de la batería de
litio de tipo cerrado. Pero la forma de recuperación de cualquiera
de estos ejemplos no es limitativa. La forma de recuperación
descrita en cualquiera de estos ejemplos es efectiva para recuperar
otras baterías de tipo cerrado, tales como baterías de
níquel-hidruro metálico, baterías de
níquel-cadmio, baterías de plomo y similares.
Tal como se ha descrito anteriormente, en
cualquier tipo de batería gastada de tipo cerrado, sus componentes
constituyentes pueden ser recuperados con mayor seguridad evitando
de manera deseable que queden dañados y con una elevada
recuperación. Y el aparato (sistema) de recuperación permite una
recuperación relativamente fácil de los componentes de una batería
de tipo cerrado a un coste razonable.
Claims (43)
1. Proceso de recuperación para recuperar los
componentes constituyentes de una batería estanca, que comprende
por lo menos un cátodo, un ánodo y un electrolito, estancos en una
envolvente de la batería, en el que dicho electrolito comprende una
solución de electrolito que comprende un disolvente, y dicho
electrolito está situado entre dicho cátodo y dicho ánodo,
caracterizado porque dicho proceso comprende:
- una etapa (a) de extracción de dicha solución de electrolito del interior de dicha envolvente de la batería para reducir la conductancia entre dicho cátodo y dicho ánodo de dicha batería estanca, y
- una etapa (b) de apertura de dicha envolvente de la batería, de la batería estanca después de realizar dicha etapa (a),
- en la que dicha batería estanca tiene un respiradero de seguridad, y sobre dicho respiradero de seguridad actúa un diferencial de presión entre el interior y el exterior de la envolvente de la batería extrayendo la solución del electrolito a través de dicho respiradero de seguridad al exterior de la envolvente de la batería.
2. Proceso, según la reivindicación 1, en el que
una parte de la batería estanca, en donde está dispuesto el
respiradero de seguridad, está posicionada para quedar en una
posición baja y la solución del electrolito es extraída a través
del respiradero de seguridad al exterior de la envolvente de la
batería.
3. Proceso, según la reivindicación 1 ó 2, en el
que se recupera la solución de electrolito extraída fuera de la
batería.
4. Proceso, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de apertura de la
envolvente de la batería, de la batería estanca, se realiza en una
atmósfera no combustible.
5. Proceso, según la reivindicación 4, en el que
la atmósfera no combustible comprende un gas escogido entre el
grupo compuesto por gas nitrógeno, gas argón, gas helio, gas de
dióxido de carbono, vapor de agua y gas de fluorocarbono.
6. Proceso, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de apertura de la
envolvente de la batería, de la batería estanca, es llevada a cabo
con un método de corte escogido entre el grupo compuesto por corte
por agua a alta presión, corte con haz láser y corte mecánico.
7. Proceso, según la reivindicación 6, en el que
el corte por agua a alta presión comprende la pulverización con
agua a presión elevada y conteniendo un abrasivo, a través de una
tobera de chorros.
8. Proceso, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la batería estanca es una
batería de litio en la cual se utiliza la reacción de
oxidación-reducción del ión litio.
9. Proceso, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que la batería estanca es una batería
de níquel-hidruro metálico en la cual se utiliza la
reacción de oxidación-reducción del ión hidrógeno, y
como material para el ánodo se utiliza una aleación de
almacenamiento de hidrógeno.
10. Proceso, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que la batería estanca es una batería
de níquel-cadmio.
11. Proceso, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que la batería estanca es una batería
de ácido plúmbico.
12. Proceso, según la reivindicación 8, que
incluye además una etapa de reacción de un agente reactivo con el
litio activo contenido en la batería de litio, para reducir la
reactividad de dicho litio activo después de la etapa de apertura
de la envolvente de la batería, de la batería estanca.
13. Proceso, según la reivindicación 12, en el
que el agente reactivo comprende uno o más materiales escogidos
entre el grupo compuesto por agua, alcoholes, ácidos y dióxido de
carbono.
14. Proceso, según la reivindicación 8, que
incluye además una etapa de lavado de la batería de litio abierta,
utilizando un disolvente orgánico después de la etapa de apertura de
la envolvente de la batería, de la batería de litio.
15. Proceso, según la reivindicación 14, en el
que el disolvente orgánico es un disolvente orgánico que no puede
producir un azeotropo con el agua.
16. Proceso, según la reivindicación 14, que
incluye además una etapa de disociación de la batería estanca en
los componentes individuales de la batería y de recuperación de los
componentes constituyentes de la batería estanca después de la
etapa de lavado que utiliza el disolvente orgánico.
17. Proceso, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que antes de la etapa (a) se
clasifica la batería estanca dependiendo de la forma o del
tipo.
18. Proceso, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que incluye además una etapa de
descarga de la capacidad eléctrica residual de la batería estanca
antes de llevar a cabo la etapa de reducción de la conductancia
entre el cátodo y el ánodo de dicha batería estanca.
19. Proceso, según la reivindicación 18, en el
que, en la etapa de descarga de la capacidad eléctrica residual, se
recupera una energía descargada.
20. Aparato de recuperación para recuperar los
componentes constituyentes de una batería estanca, que comprende,
por lo menos un cátodo, un ánodo y un electrolito alojado en una
envolvente de la batería, en el que dicho electrolito comprende una
solución de un electrolito que comprende un disolvente y dicho
electrolito está situado entre dicho cátodo y dicho ánodo,
caracterizado porque dicho aparato
comprende, por lo menos,
medios (i) para reducir la conductancia entre
dicho cátodo y dicho ánodo de dicha batería estanca, y
medios (ii) para la apertura de dicha envolvente
de la batería, comprendiendo dichos medios (i) medios de extracción
del líquido (i-a) para extraer dicha solución de
electrolito fuera de dicha envolvente de la batería,
en el que la batería estanca tiene una tapa
dotada de un respiradero de seguridad, y los medios de extracción
del líquido (i-a) incluyen medios
(i-b) para producir un diferencial de presión entre
el interior y el exterior de la envolvente de la batería a través
de dicho respiradero de seguridad, para activar dicho respiradero
de seguridad con el fin de extraer la solución del electrolito fuera
de la envolvente de la batería.
21. Aparato, según la reivindicación 20, en el
que los medios (i-b) comprenden, por lo menos, un
recipiente (i-c) capaz de ser vaciado y que está
dotado de medios de evacuación.
22. Aparato, según la reivindicación 21, en el
que el recipiente (i-c) tiene un elemento capaz de
entrar en contacto íntimo o unirse a una parte de la cara de la
pared exterior de la envolvente de la batería de la batería
estanca, comprendiendo dicha parte de la cara de la pared exterior
una parte de tapa, incluyendo dicha parte las proximidades del
respiradero de seguridad, y teniendo dicho elemento una abertura a
través de la cual dicha parte de la cara de la pared exterior se
comunica con el recipiente (i-c), de manera que la
solución del electrolito o el disolvente del mismo en la batería
estanca puede ser extraído a través de dicho elemento en el
recipiente (i-c).
23. Aparato, según la reivindicación 21 ó 22, en
el que en el recipiente (i-c) está previsto un paso
capaz de introducir aire, gas nitrógeno o gases inertes a través de
una válvula.
24. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 21 a 23, en el que un espacio cerrado que
comprende, por lo menos, una parte de una cara exterior de la pared
exterior de la envolvente de la batería, incluyendo las
proximidades del respiradero de seguridad y el recipiente
(i-c), está formado de tal manera que el respiradero
de seguridad está situado en el interior de dicho espacio cerrado,
y la presión interna de dicho espacio cerrado puede ser disminuida
para que sea inferior a la presión del interior de la batería
estanca, en el que la solución del electrolito o el disolvente del
mismo pueden ser extraídos en dicho espacio cerrado.
25. Aparato, según la reivindicación 24, en el
que el espacio cerrado se establece después de que se haya
disminuido mediante los medios de evacuación, la presión interna del
recipiente (i-c) hasta ser menor que la presión
atmosférica.
26. Aparato, según la reivindicación 24, en el
que una vez formado el espacio cerrado, la presión interna del
espacio cerrado es disminuida hasta ser menor que la de la batería
cerrada mediante los medios de evacuación conectados al recipiente
(i-c).
27. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 26, en el que los medios de apertura incluyen
unos medios para abrir la batería estanca en una atmósfera no
combustible.
28. Aparato, según la reivindicación 27, en el
que la atmósfera no combustible comprende uno o más gases escogidos
entre el grupo compuesto por gas nitrógeno, gas argón, gas helio,
gas de dióxido de carbono, vapor de agua, y gas de
fluorocarbono.
29. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 28, en el que los medios de apertura para
abrir la envolvente de la batería de la batería estanca comprenden
unos medios de corte escogidos entre el grupo que consiste en corte
por agua a alta presión, corte por haz láser y corte mecánico.
30. Aparato, según la reivindicación 29, en el
que los medios de corte por agua a alta presión comprenden una
tobera por chorros para pulverizar agua que contiene un abrasivo a
alta presión a través de la tobera por chorros.
31. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 30, en el que la batería estanca es una
batería de litio en la cual se utiliza la reacción de
oxidación-reducción del ión litio.
32. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 30, en el que la batería estanca es una
batería de níquel-hidruro metálico en la cual se
utiliza la reacción de oxidación-reducción del ión
hidrógeno, y como material del ánodo se utiliza una aleación de
almacenamiento de hidrógeno.
33. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 30, en el que la batería estanca es una
batería de níquel-cadmio.
34. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 30, en el que la batería estanca es una
batería de plomo-ácido.
35. Aparato, según la reivindicación 31, que
incluye además medios para la reacción de un agente reactivo con
litio activo contenido en la batería de litio para reducir la
reactividad de dicho litio activo después que la batería de litio
ha sido abierta.
36. Aparato, según la reivindicación 35, en el
que el agente reactivo comprende uno o más materiales escogidos
entre el grupo compuesto por agua, alcoholes, ácidos y dióxido de
carbono.
37. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 36, que comprende además medios para el lavado
utilizando un disolvente orgánico, después de que la batería
estanca ha sido abierta.
38. Aparato, según la reivindicación 37, en el
que el disolvente orgánico es un disolvente orgánico que no puede
producir un azeotropo con el agua.
39. Aparato, según la reivindicación 37 ó 38,
que comprende además medios para recuperar los componentes
constituyentes de la batería después de lavado de la batería
abierta, utilizando el disolvente orgánico.
40. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 39, que comprende además medios para la
clasificación de las baterías estancas dependiendo de la forma o
del tipo antes de reducir la conductancia entre el cátodo y el
ánodo de dicha batería estanca.
41. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 40, que comprende además medios para descargar
la capacidad eléctrica residual de la batería estanca antes de
reducir la conductancia entre el cátodo y el ánodo de dicha
batería.
42. Aparato, según la reivindicación 41, en el
que los medios de descarga incluyen medios para la recuperación de
la energía descargada.
43. Aparato, según la reivindicación 28, que
comprende además medios para la recuperación del gas no combustible
de la atmósfera de apertura y para purificar el gas no combustible
recuperado para reciclarlo.
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