Le batterie agli ioni di litio esaurite contengono metalli preziosi difficili da separare l’uno dall’altro per il riciclaggio. Le batterie usate rappresentano una fonte sostenibile di questi metalli, in particolare cobalto e nichel. Tuttavia, gli attuali metodi utilizzati per la loro separazione presentano svantaggi ambientali ed economici.
Una nuova tecnologia utilizza l’elettrochimica per separare e recuperare in modo efficiente i metalli, rendendo le batterie esaurite una fonte secondaria altamente sostenibile di cobalto e nichel, le cui riserve stanno attualmente diminuendo.
Un nuovo studio, condotto dal professore di ingegneria chimica e biomolecolare dell’Università dell’Illinois Urbana-Champaign Xiao Su, utilizza l’elettrodeposizione selettiva per recuperare metalli preziosi da elettrodi di batterie al litio nichel manganese cobalto o NMC.
Il metodo, pubblicato sulla rivista Nature Communications, produce una purezza del prodotto finale di circa il 96,4% e il 94,1% per cobalto e nichel, rispettivamente, dagli elettrodi esauriti.
Il cobalto e il nichel hanno proprietà elettrochimiche simili, o potenziali di riduzione standard, rendendo difficile per i chimici recuperare forme pure di ciascun metallo dagli elettrodi della batteria.
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“Ci sono una varietà di metodi disponibili per il recupero di cobalto e nichel dagli elettrodi della batteria, ma hanno degli svantaggi”, ha detto Su. “La maggior parte richiede processi ad alta temperatura ad alta intensità energetica o solventi forti che presentano problemi di smaltimento. L’industria richiede metodi che non causino ulteriori problemi come un elevato consumo di energia o rifiuti tossici”.
L’aspetto unico di questo studio per le batterie agli ioni di litio è lo sviluppo da parte del team di un elettrolita liquido sintonizzabile e un rivestimento polimerico sugli elettrodi
In laboratorio, i ricercatori hanno combinato il metodo elettrolita-polimero con componenti smontati, lisciviati e liquefatti di elettrodi di batterie NMC completamente scarichi.
Regolando le concentrazioni di sale dell’elettrolita e lo spessore del rivestimento polimerico, i ricercatori hanno notato che distinti depositi di cobalto e nichel si accumulavano sulle superfici dell’elettrodo attraverso l’elettrodeposizione sequenziale. Alla fine del processo, l’elettrodo aveva raccolto rivestimenti di elevata purezza di cobalto e nichel.
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Un’analisi economica del nuovo approccio ha mostrato che il metodo è competitivo con gli attuali metodi di riciclaggio delle batterie al litio una volta considerati i ricavi dei materiali, il costo dei materiali e il consumo di energia, secondo lo studio.
“C’è un’ulteriore ottimizzazione ingegneristica del processo che sarà necessaria in futuro, ma questo primo studio proof-of-concept conferma che il recupero elettrochimico di cobalto e nichel a bassa temperatura è possibile”, ha affermato Su. “Siamo molto entusiasti perché lo studio mostra un ottimo esempio di separazioni elettriche sostenibili utilizzate per riciclare le batterie elettrochimiche”.
Su è anche affiliato al Beckman Institute for Advanced Science and Technology ed è anche professore di ingegneria civile e ambientale all’Illinois. Il lavoro è stato condotto dal ricercatore post-dottorato dell’Illinois Kwiyong Kim, con il contributo degli studenti laureati Darien Raymond e Riccardo Candeago.