Innovazione nel riciclaggio delle batterie

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La maggior parte delle batterie al litio odierne utilizza un metallo raro e costoso chiamato cobalto come parte del componente catodico, ma l’estrazione di questo materiale ha un grande costo per l’ambiente.

Una delle alternative più ecologiche è nota come fosfato agli ioni di litio e una nuova svolta potrebbe aumentare ulteriormente le eco-credenziali di questo materiale catodico ripristinandolo alla sua condizione originale una volta esaurito, utilizzando solo una frazione dell’energia degli approcci attuali .

La ricerca è stata condotta da nano-ingegneri dell’Università della California (UC) di San Diego e si concentra sulle tecniche di riciclaggio per batterie con catodi a base di litio ferro fosfato.

Eliminando i metalli pesanti come il nichel e il cobalto, questi tipi di batterie possono aiutare a evitare il degrado dei paesaggi e delle riserve idriche in cui questi materiali vengono estratti, insieme all’esposizione dei lavoratori a condizioni pericolose.

La crescente consapevolezza dei problemi associati al cobalto sta guidando un cambiamento nel settore, con molti che cercano progetti di batterie alternativi, inclusi grandi nomi come IBM e Tesla, che quest’anno hanno iniziato a vendere un Modello 3 con batterie al litio ferro fosfato . Questi sono più sicuri, hanno una vita più lunga e sono più economici da produrre, anche se un difetto è che è costoso riciclarli una volta esauriti.

“Non è conveniente riciclarli”, afferma Zheng Chen, professore di nano-ingegneria all’UC San Diego. “È lo stesso dilemma con la plastica: i materiali sono economici, ma i metodi per recuperarli non lo sono”.

La svolta nel riciclaggio si concentra su un paio di meccanismi alla base del deterioramento delle prestazioni delle batterie al litio ferro fosfato.

Durante il ciclo, questo processo determina cambiamenti strutturali che vedono gli spazi vuoti creati nel catodo quando gli ioni di litio vengono persi, mentre gli ioni di ferro e di litio si scambiano anche posto nella struttura cristallina.

Questo intrappola gli ioni di litio e impedisce loro di scorrere attraverso la batteria.

Il team ha preso le celle della batteria al litio ferro fosfato disponibili in commercio e le ha esaurite a metà della loro capacità di stoccaggio. Hanno quindi smontato le celle e immerso la polvere risultante in una soluzione con sale di litio e acido citrico, prima di sciacquarla, asciugarla e quindi riscaldarla a temperature di circa 60-80 ° C (140-176 ° F).

Questa polvere è stata quindi modellata in nuovi catodi e testata in batterie a moneta e a sacca, dove il team ha scoperto che le prestazioni erano state ripristinate allo stato iniziale.

Questo perché la tecnica di riciclaggio non solo ricostituisce le scorte di ioni di litio della batteria, ma consente agli ioni di litio e ferro di tornare ai loro punti originali nella struttura del catodo.

Questo grazie all’aggiunta di acido citrico, che alimenta gli ioni di ferro con gli elettroni e riduce una carica positiva che normalmente li respinge dal tornare al loro punto originale.

Il risultato di tutto ciò è che gli ioni di litio possono essere rilasciati e fatti circolare di nuovo attraverso la batteria.

Secondo il team, la sua tecnica consuma dall’80 al 90 percento in meno di energia rispetto agli approcci attuali per il riciclaggio delle batterie al fosfato di ioni di litio ed emette circa il 75 percento in meno di gas serra.

Sebbene questo sia un ottimo inizio, il team afferma che sono necessari ulteriori studi per accertare l’impronta ambientale complessiva della raccolta e del trasporto di grandi quantità di queste batterie.

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