Una ricerca rivoluzionaria rende il riciclaggio delle batterie più economico

Come possiamo rendere economicamente vantaggioso il riciclaggio delle batterie? Gli scienziati del Centro ReCell hanno fatto un altro passo verso questo obiettivo.

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Di Jake Malooley

Le batterie agli ioni di litio sono il motore del nostro presente e futuro tecnologico. Alimentano dispositivi elettronici portatili, come smartphone, laptop e veicoli elettrici (EV), che stanno diventando sempre più popolari. Ma il crescente utilizzo delle batterie agli ioni di litio, soprattutto nelle automobili, ha superato la tecnologia per riciclarle. Ora, gli scienziati del ReCell Center – il primo centro nazionale di ricerca e sviluppo avanzato sul riciclaggio delle batterie, con sede presso l’Argonne National Laboratory del Dipartimento dell’Energia (DOE) – hanno fatto una scoperta fondamentale che rimuove uno dei maggiori ostacoli che si frappongono alla realizzazione il riciclaggio delle batterie agli ioni di litio è economicamente sostenibile.

I processi di riciclaggio utilizzati oggi consentono il recupero di metalli in forme di scarso valore per i produttori di batterie. Un problema enorme si profila all’orizzonte: in meno di un decennio, i ricercatori prevedono che ogni anno verranno ritirati due milioni di tonnellate di batterie agli ioni di litio a fine vita dei veicoli elettrici. Il numero di batterie per veicoli elettrici a fine vita è attualmente basso, ma è destinato ad aumentare sostanzialmente man mano che i modelli di veicoli più vecchi raggiungono la fine della loro vita utile e l’attuale infrastruttura di riciclaggio non è pronta per l’afflusso.

“Se l’industria delle batterie acquisterà materiale catodico riciclato da riutilizzare in nuove batterie, non sacrificherà la purezza”. – Jessica Durham, scienziata dei materiali presso Argonne e coautrice dello studio

I ricercatori della Michigan Technological University (MTU), parte del team ReCell, hanno sviluppato un processo innovativo per separare i materiali preziosi che compongono il catodo, l'elettrodo caricato positivamente di una batteria.

Gli scienziati del Centro di ricerca sull'ingegneria dei materiali di Argonne stanno ampliando l'innovativo processo di separazione di MTU, aprendo la strada al riciclaggio su larga scala delle batterie dei veicoli elettrici. Poiché i materiali catodici delle batterie dei veicoli elettrici variano a seconda della casa automobilistica e dell'anno di produzione, un riciclatore deve utilizzare una miscela di ossidi di litio metallico: ossido di litio cobalto, ossido di litio nichel manganese cobalto, ossido di litio nichel cobalto alluminio, litio ferro fosfato, ecc. - e separarli in modo che i materiali possano essere riutilizzati. Quel compito, una volta impossibile, improvvisamente sembra fattibile.

Il riciclaggio e il riutilizzo diretti dei materiali catodici delle batterie chiudono il ciclo. (Immagine del ReCell Center.)

In un nuovo articolo pubblicato sulla rivista scientifica peer-reviewed Energy Technology, i ricercatori di MTU e ReCell descrivono in dettaglio la loro scoperta: un metodo per separare i singoli materiali catodici utilizzando una nuova svolta su un vecchio processo chiamato flottazione con schiuma.

Utilizzata per molti anni dall'industria mineraria per separare e purificare i minerali, la flottazione con schiuma separa i materiali in un serbatoio di flottazione a seconda che respingano l'acqua e galleggino oppure assorbano acqua e affondino. Generalmente i materiali catodici affondano, il che li rende difficili da separare gli uni dagli altri. Questo è vero per l'ossido di litio nichel manganese cobalto (NMC111) e l'ossido di litio manganese (LMO), due comuni materiali catodici delle batterie per veicoli elettrici che il team ReCell ha utilizzato nei suoi esperimenti. Ciò che i ricercatori hanno scoperto è che la separazione può essere ottenuta facendo galleggiare uno dei materiali del catodo, NMC111, tramite l’introduzione di una sostanza chimica che rende il materiale bersaglio idrorepellente.

Una volta separati i materiali del catodo, i ricercatori hanno determinato attraverso i test che il processo aveva un impatto trascurabile sulle prestazioni elettrochimiche dei materiali. Entrambi avevano anche livelli di purezza elevati (95% o superiori).

"Questo è molto importante", afferma Jessica Durham, scienziata dei materiali all'Argonne e coautrice dello studio, "perché se l'industria delle batterie acquisterà materiale catodico riciclato da riutilizzare in nuove batterie, non sacrificherà la purezza". ."

La ricerca si collega alla missione del ReCell Center di promuovere metodi di lavorazione a minore consumo energetico e catturare materiali preziosi per il riciclaggio diretto: il recupero, la rigenerazione e il riutilizzo dei componenti della batteria direttamente senza abbattere la struttura chimica. Il centro nasce dalla collaborazione tra Argonne, il National Renewable Energy Laboratory del DOE e l'Oak Ridge National Laboratory, la Michigan Technological University, l'Università della California a San Diego e il Worcester Polytechnic Institute.