Batterie al litio riciclate con prestazioni pari, anche migliori, rispetto a quelle nuove

Studio: batterie al litio riciclate buone come appena estratte con catodi realizzati con nuovi materiali commerciali a riciclo diretto

Le batterie agli ioni di litio rappresentano sicuramente l'argomento di discussione sul futuro concreto dei veicoli elettrici.

La soluzione a cui molti guardano è quello del riciclo. Il riciclaggio per recuperare quei metalli preziosi ridurrebbe al minimo l'impatto sociale e ambientale dell'estrazione mineraria, manterrebbe milioni di tonnellate di batterie dalle discariche e ridurrebbe il consumo di energia e le emissioni create dalla produzione di batterie.

E convincere le case automobilistiche a utilizzare materiali riciclati rimane una vendita difficile.

"In generale, l'impressione della gente è che il materiale riciclato non sia buono come il materiale vergine", afferma Yan Wang, professore di ingegneria meccanica al Worcester Polytechnic Institute. "Le aziende produttrici di batterie esitano ancora a utilizzare materiale riciclato nelle loro batterie".

Un nuovo studio di Wang e di un team che comprende ricercatori dell'US Advanced Battery Consortium (USABC) e dell'azienda di batterie A123 Systems, compie un importante passo aventi sul tema del riciclo. I risultati, pubblicati sulla rivista Joule, mostrano che le batterie con catodi riciclati possono essere buone quanto, o addirittura migliori, di quelle che utilizzano nuovi materiali all'avanguardia.

Il team ha testato batterie con catodi NMC111 riciclati, il sistema più comune di catodo contenente un terzo ciascuno di nichel, manganese e cobalto.

Per la ricerca i catodi sono stati realizzati utilizzando una tecnica di riciclaggio brevettata che Battery Resourcers, una startup co-fondata da Wang, sta ora commercializzando.

Il materiale riciclato ha mostrato una struttura microscopica più porosa che consente agli ioni di litio di scivolare dentro e fuori.

Il risultato: batterie con una densità di energia simile a quelle realizzate con catodi commerciali, ma che hanno anche mostrato una durata del ciclo fino al 53% più lunga.

Test anche su scala industriale

Sebbene le batterie riciclate non siano state testate nelle auto, i test sono stati eseguiti su scale rilevanti a livello industriale.

I ricercatori hanno realizzato celle a sacchetto standard del settore da 11 Ampere caricate con materiali alla stessa densità delle batterie per veicoli elettrici. Gli ingegneri di A123 Systems hanno eseguito la maggior parte dei test, afferma Wang, utilizzando un protocollo ideato dall'USABC per soddisfare gli obiettivi di fattibilità commerciale per i veicoli elettrici ibridi plug-in. Dice che i risultati dimostrano che i materiali catodici riciclati sono una valida alternativa ai materiali incontaminati.

La gestione delle batterie dei veicoli elettrici esauste non è semplice e riciclarle non è facile.

I trattamenti pervedono o di bruciarle usando molta energia, o di macinarle e dissolverle in acidi.

Ma il vero valore di una batteria EV è nel catodo, sottolinea Wang. I materiali catodici sono combinazioni proprietarie di metalli tra cui nichel, manganese e cobalto che vengono trasformati in particelle con dimensioni e strutture specifiche.

La tecnologia di riciclaggio di Battery Resources produce vari materiali catodici NMC pronti all'uso in base a ciò che desidera un'azienda automobilistica.

Ciò significa che la vendita dei materiali riciclati potrebbe generare un profitto, cosa che secondo le aziende di riciclaggio può essere difficile da fare. "Siamo l'unica azienda che fornisce un output che è un materiale catodico", afferma. "Altre aziende producono elementi. Quindi il loro valore aggiunto è inferiore".

La loro tecnologia prevede la distruzione delle batterie e la rimozione delle custodie in acciaio, dei fili di alluminio e rame, della plastica e dei materiali delle buste per il riciclaggio. La restante massa nera viene sciolta in solventi e la grafite, il carbonio e le impurità vengono filtrate o separate chimicamente. Utilizzando una tecnica chimica brevettata, il nichel, il manganese e il cobalto vengono quindi miscelati nei rapporti desiderati per produrre polveri catodiche.

Così Battery Resourcers sta già vendendo i propri materiali riciclati ai produttori di batterie su piccola scala. La società prevede di aprire il suo primo impianto commerciale, che sarà in grado di elaborare 10.000 tonnellate di batterie, nel 2022.

A settembre hanno raccolto 70 milioni di dollari, con i quali prevedono di lanciare altri due impianti in Europa entro la fine del 2022.

Questa ricerca, con già i primi sviluppi industriali, rappresenta una prospettiva molto interessante per la mobilità elettrica e per l'economia circolare, e dimostra come molti scenari futuri per la green economy debbano tenere conto di un'accelerazione dell'evoluzione tecnologica.

Fonte: IEEE SPECTRUM - https://spectrum.ieee.org/recycled-batteries-good-as-newly-mined