Espectroscopía de fluorescencia de rayos X para la identificación rápida de la química del cátodo en el reciclaje de baterías de ion-litio

Por qué las baterías viejas siguen importando

Desde los smartphones hasta los coches eléctricos, las baterías de ion-litio alimentan discretamente nuestra vida cotidiana —y se acumulan al final de su vida útil. En el interior de cada batería, el cátodo contiene metales valiosos como níquel, cobalto y manganeso que conviene recuperar en lugar de extraer de nuevo. Pero los recicladores primero necesitan saber exactamente qué tipo de cátodo hay dentro de cada celda sellada, y los métodos actuales son lentos, desordenados o requieren desmontar las baterías. Este estudio explora una forma rápida y no destructiva de “ver” a través de las carcazas usando fluorescencia de rayos X, lo que podría transformar el reciclaje de baterías a gran escala.

Mirar dentro sin abrir

Los investigadores recurrieron a la fluorescencia de rayos X (XRF), una técnica en la que rayos X de alta energía impactan un material y hacen que sus átomos emitan señales de rayos X características. Esas señales actúan como huellas elementales, revelando qué metales están presentes. De forma crucial, la XRF a menudo puede sondear a través del embalaje metálico o laminado de una batería sin abrirla. En este trabajo, el equipo usó una máquina XRF de sobremesa operando a 50 kilovoltios para escanear 108 baterías de ion-litio usadas de distintas formas —pilas de botón, cilíndricas y celdas tipo pouch— recogidas en un centro de reciclaje francés.

De señales crudas a grupos claros

Medir las señales de rayos X por sí solo no basta; los espectros son complejos y están influenciados tanto por el cátodo como por la carcasa exterior. Para desenredar esto, el equipo empleó herramientas estadísticas que buscan patrones a través de muchas baterías a la vez. Se centraron en la intensidad de las señales de cinco metales clave —aluminio, manganeso, hierro, cobalto y níquel— que ayudan a distinguir los tipos de cátodo más comunes. Usando análisis de componentes principales y agrupamiento jerárquico, clasificaron las 108 baterías en cinco clústeres que reflejaban tanto sus formatos físicos como sus químicas subyacentes.

Comprobar qué significan realmente los grupos

Para confirmar qué contenía cada grupo, los investigadores abrieron con cuidado tres baterías representativas de cada clúster. Examinaron los polvos de cátodo con microscopía electrónica, difracción de rayos X y una técnica química más sensible llamada ICP-OES. Estas pruebas destructivas revelaron qué materiales de cátodo estaban realmente presentes: las pilas de botón usaban principalmente dióxido de litio-manganeso; algunas celdas pouch se basaban en óxido de litio-cobalto; otras y la mayoría de las cilíndricas dependían de mezclas de óxidos ricos en níquel, manganeso y cobalto. Es importante destacar que, cuando entrenaron un modelo de clasificación con los datos XRF de alta calidad y luego lo probaron con escaneos muy breves de 5 segundos, el modelo aún asignó correctamente todas las baterías de prueba a los grupos correctos con muy alta confianza.

Cuando el embalaje ayuda —o tapa— la vista

El estudio también muestra que las carcasas de las baterías no son solo obstáculos; pueden ser pistas. Las cubiertas tipo pouch laminadas con aluminio y finas dejan escapar más señal de rayos X del cátodo, lo que facilita leer la química real. Las carcazas gruesas de acero inoxidable en pilas de botón y cilíndricas, en contraste, absorben y enmascaran fuertemente las señales del cátodo, de modo que el espectro XRF queda dominado por el acero. Aun así, incluso en estos casos, la composición química de la carcasa y las fundas plásticas —como la presencia de cloro o pigmentos a base de titanio— tendía a correlacionarse con determinadas familias de cátodos en el conjunto de muestras. Esto significa que el sistema a veces puede usar el embalaje exterior como proxy cuando las señales directas del cátodo son débiles, aunque reconoce que tales correlaciones podrían no mantenerse en todos los contextos.

Clasificación más rápida para una economía circular de baterías

En conjunto, el trabajo demuestra que la XRF combinada con un análisis de datos inteligente puede clasificar baterías gastadas por tipo de cátodo en segundos, sin desensamblado, al menos para la gama de celdas comerciales estudiadas. Las celdas pouch con cátodos basados en cobalto puro, por ejemplo, pueden identificarse directamente —valioso para dirigir baterías ricas en cobalto hacia flujos de recuperación especializados. Aunque el método no puede identificar perfectamente todos los diseños posibles y tiene dificultades con carcasas de acero muy gruesas, ofrece una base práctica para líneas de clasificación automatizadas en tiempo real. Al dirigir rápidamente distintas químicas de baterías a procesos de reciclaje a medida, este enfoque podría ayudar a recuperar más metales críticos, reducir los costes de procesamiento y disminuir la huella ambiental de nuestro creciente consumo de energía recargable.

Cita: Ren, F., Vidal, V., Campos, A. et al. X-ray fluorescence spectroscopy for rapid identification of cathode chemistry in lithium-ion battery recycling. Commun Eng 5, 67 (2026). https://doi.org/10.1038/s44172-026-00618-3

Palabras clave: reciclaje de baterías de ion-litio, identificación de cátodos, fluorescencia de rayos X, recuperación de metales críticos, tecnología de clasificación de baterías