Le batterie agli ioni di litio sono i motori del nostro presente tecnologico e del nostro futuro. Alimentano l'elettronica portatile, come smartphone e laptop e veicoli elettrici, che stanno crescendo in popolarità. Ma il crescente uso di batterie agli ioni di litio, specialmente nelle automobili, ha superato la tecnologia per riciclarle. Ora, gli scienziati del ReCell Center – il primo centro di ricerca e sviluppo avanzato per il riciclaggio delle batterie della nazione, con sede presso l'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia (DOE) – hanno fatto una scoperta fondamentale che rimuove uno dei maggiori ostacoli che ostacola un riciclaggio delle batterie agli ioni di litio economicamente sostenibile.
Un enorme problema si profila infatti all'orizzonte: in meno di un decennio, i ricercatori prevedono che due milioni di tonnellate di batterie agli ioni di litio a fine vita dei veicoli elettrici saranno ritirate ogni anno. Il numero di batterie a fine vita è attualmente basso, ma sta per aumentare sostanzialmente man mano che i veicoli di modelli più vecchi raggiungono la fine della loro vita utile e l'attuale infrastruttura di riciclaggio non è pronta per l'afflusso.
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 della Materials Engineering Research Facility di Argonne stanno ampliando l'innovativo processo di separazione di MTU, aprendo la strada al riciclaggio su larga scala delle batterie EV.
Poiché i materiali catodici delle batterie EV variano a seconda della casa automobilistica e dell'anno di produzione, un riciclatore deve prendere una miscela di ossidi di litio metallico e separare ciascuno per poter riutilizzare tali materiali. Questo compito, una volta impossibile, sembra improvvisamente fattibile. In un nuovo articolo pubblicato sulla rivista scientifica peer-reviewed Energy Technology, i ricercatori MTU e ReCell descrivono in dettaglio la loro scoperta: un metodo per separare i singoli materiali catodici usando una nuova torsione su un vecchio processo chiamato flottazione della schiuma.
Utilizzato per molti anni dall'industria mineraria per separare e purificare i minerali, la flottazione della schiuma separa i materiali in un serbatoio di flottazione in base al fatto che respingano l'acqua e galleggino, o assorbano acqua e affondino. Generalmente i materiali catodici affondano, il che li rende difficili da separare l'uno dall'altro. Questo è vero per l'ossido di litio nichel manganese cobalto (NMC111) e l'ossido di litio manganese (LMO), due comuni materiali catodici per batterie EV 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 catodici, NMC111, attraverso l'introduzione di una sostanza chimica che fa sì che il materiale bersaglio respinga l'acqua.
Una volta separati i materiali catodici, i ricercatori hanno determinato attraverso i test che il processo ha avuto un impatto trascurabile sulle prestazioni elettrochimiche dei materiali. Entrambi avevano anche alti livelli di purezza (95% o superiore). "Questo è molto importante", afferma Jessica Durham, scienziata dei materiali di Argonne e co-autrice dello studio, "perché se l'industria delle batterie acquisterà materiale catodico riciclato da riutilizzare in nuove batterie, non sacrificherà la purezza".
La scoperta di ReCell promette di avere implicazioni di ampio respiro, come la riduzione dei costi di riciclaggio delle batterie agli ioni di litio; stimolare la crescita di un mercato di riciclaggio redditizio per le batterie agli ioni di litio a fine vita; ridurre il costo dei veicoli elettrici sia per i produttori che per i consumatori; consentire agli Stati Uniti di competere nel settore globale del riciclaggio delle batterie; rafforzare l'indipendenza energetica degli Stati Uniti aumentando l'uso di fonti domestiche di materiali riciclati per batterie e ridurre la dipendenza degli Stati Uniti da fonti straniere di materiali.
Ma per ora, il team di ReCell Center è focalizzato sulla creazione, passo dopo passo, di un processo di riciclaggio completo per le batterie agli ioni di litio che sia economicamente sostenibile. Solo allora sarà ampiamente adottato.