Una delle difficoltà del riciclaggio è che il costo del materiale stesso è basso e il processo di riciclaggio non è economico. Una nuova tecnologia spera di aumentare il riciclaggio delle batterie al litio riducendo ulteriormente i costi e utilizzando ingredienti eco-compatibili.

Una nuova tecnica di trattamento può riportare il materiale catodico usato al suo stato originale, riducendo ulteriormente i costi di riciclaggio. Sviluppata dai nanoingegneri dell’Università della California, a San Diego, la tecnologia è più rispettosa dell’ambiente rispetto ai metodi attualmente utilizzati. Utilizza materie prime più ecologiche, riduce il consumo di energia dall’80 al 90 percento e riduce le emissioni di gas serra del 75 percento.

I ricercatori descrivono in dettaglio il loro lavoro in un documento pubblicato il 12 novembre su Joule.

Questa tecnica è particolarmente ideale per i catodi in litio ferro fosfato (LFP). Le batterie catodiche LFP sono più economiche delle altre batterie al litio perché non utilizzano metalli preziosi come cobalto o nichel. Le batterie LFP sono anche più durevoli e più sicure. Sono ampiamente utilizzati negli utensili elettrici, negli autobus elettrici e nelle reti elettriche. La Tesla Model 3 utilizza anche batterie LFP.

“Considerando questi vantaggi, le batterie LFP avranno un vantaggio competitivo rispetto ad altre batterie al litio sul mercato”, ha affermato Zheng Chen, professore di nanoingegneria presso l’Università della California, San Diego.

C’è qualche problema? “Non è conveniente riciclare queste batterie.” “Si trova di fronte allo stesso dilemma della plastica: il materiale stesso è economico, ma il modo per riciclarlo non è economico”, ha affermato Chen.

Le nuove tecnologie di riciclaggio sviluppate da Chen e dal suo team potrebbero ridurre questi costi. La tecnologia funziona a basse temperature (da 60 a 80 gradi Celsius) e a pressione ambiente, quindi consuma meno elettricità rispetto ad altri metodi. Inoltre, i prodotti chimici che utilizza, come litio, azoto, acqua e acido citrico, sono economici e delicati.

“L’intero processo di riciclaggio viene eseguito in condizioni molto sicure, quindi non abbiamo bisogno di misure di sicurezza speciali o attrezzature speciali”, ha affermato Pan Xu, autore principale dello studio e ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Chen. Ecco perché i nostri costi di riciclaggio delle batterie sono bassi. ”

In primo luogo, i ricercatori hanno riciclato le batterie LFP fino a quando non hanno perso metà della loro capacità di stoccaggio. Hanno quindi smontato la batteria, raccolto la sua polvere catodica e l’hanno immersa in una soluzione di sali di litio e acido citrico. Successivamente, hanno lavato la soluzione con acqua e hanno lasciato asciugare la polvere prima di riscaldarla.

I ricercatori hanno usato la polvere per creare nuovi catodi, che sono stati testati in cellule a bottone e cellule a sacchetto. Le sue prestazioni elettrochimiche, la composizione chimica e la struttura sono completamente ripristinate allo stato originale.

Man mano che la batteria continua a essere riciclata, il catodo subisce due importanti modifiche strutturali che ne riducono le prestazioni. Il primo è la perdita di ioni di litio, che formano vuoti nella struttura del catodo. In secondo luogo, un altro cambiamento strutturale si è verificato quando gli ioni ferro e litio nella struttura cristallina si sono scambiati di posto. Una volta che ciò accade, gli ioni non possono tornare facilmente, quindi gli ioni di litio si bloccano e non possono scorrere la batteria.

Il metodo di trattamento proposto in questo studio ripristina in primo luogo gli ioni di litio, in modo che gli ioni di ferro e gli ioni di litio possano essere facilmente riportati alle loro posizioni originali, ripristinando così la struttura del catodo. Il secondo passaggio consiste nell’utilizzare l’acido citrico, che agisce come agente riducente per donare elettroni a un’altra sostanza. Trasferisce elettroni agli ioni ferro, riducendo la loro carica positiva. Ciò riduce al minimo la repulsione degli elettroni e impedisce agli ioni di ferro di tornare alle loro posizioni originali nella struttura cristallina, rilasciando al contempo gli ioni di litio nel ciclo.

Sebbene il consumo energetico complessivo del processo di riciclaggio sia basso, i ricercatori affermano che sono necessarie ulteriori ricerche sulla logistica della raccolta, del trasporto e dello smaltimento di grandi quantità di batterie.

“La prossima sfida è capire come ottimizzare questi processi logistici”. “Ciò avvicinerà la nostra tecnologia di riciclaggio all’applicazione industriale”, ha affermato Chen.