La macinazione delle batterie al litio potrebbe aiutarle a riciclarle?

I ricercatori hanno recuperato il litio dalle batterie su piccola scala utilizzando la forza meccanica

La macinazione delle vecchie batterie potrebbe portare a un modo a basso consumo energetico per riciclare il litio e altri metalli in esse utilizzati.

Le batterie agli ioni di litio sono presenti in tutta la nostra tecnologia personale, come telefoni, laptop e cuffie wireless, e alimentano i veicoli elettrici. Senza di loro, le nostre vite sarebbero molto diverse.

Il litio nelle batterie ricaricabili viene attualmente riciclato riscaldandole ad alte temperature o trattandole con acidi concentrati e solventi organici. Le stime sulla quantità di litio riciclato variano, ma i calcoli del consulente per le batterie al litio Hans Eric Melin suggeriscono che forse il 15% del metallo nelle batterie viene recuperato.

Oleksandr Dolotko, scienziato dei materiali presso l'Istituto di tecnologia di Karlsruhe, in Germania, e i suoi colleghi hanno utilizzato la meccanochimica – l'avvio di una reazione chimica mediante la forza meccanica derivante dalla macinazione o dalla fresatura – per recuperare il litio dalle batterie agli ioni di litio.

Tali batterie contengono composti di litio e altri metalli, come cobalto o nichel. Sebbene la fornitura di questi metalli non sia in esaurimento, il loro riciclaggio sta diventando sempre più importante perché i dispositivi alimentati a batteria stanno diventando sempre più diffusi come parte della transizione dall’energia basata sui combustibili fossili. L’Unione Europea ha fissato l’obiettivo del recupero dell’80% del litio per tutte le batterie entro il 2031.

Il team di Dolotko ha sviluppato due metodi di estrazione, con risultati variabili. Per prima cosa hanno preso il materiale catodico di una batteria all’ossido di litio-cobalto e lo hanno combinato con la stessa quantità di foglio di alluminio. Le batterie nella vita reale contengono alluminio, che usano come "collettore di corrente" per consentire agli elettroni di uscire dalla batteria. I ricercatori hanno mescolato i composti utilizzando un macinino chiamato ball miller. Dopo 3 ore, l'alluminio aveva reagito con il materiale catodico e prodotto una miscela di ossidi di alluminio insolubili, nonché di cobalto metallico e ossidi di litio idrosolubili.

Un metodo di separazione noto come lisciviazione a base d’acqua e ulteriore purificazione ha prodotto il composto di litio riciclato: il carbonato di litio, che può essere utilizzato per produrre più batterie.

Ma queste reazioni recuperarono solo il 30% del metallo. "Da qualche parte c'è stata una perdita di litio", dice Dolotko. Quindi il team di Dolotko ha modificato il proprio esperimento. La seconda versione prevedeva meno passaggi: la miscela che usciva dalla macinazione a palle veniva riscaldata con acqua. Ciò ha impedito la formazione di ossidi di litio e alluminio insolubili, che bloccano il litio.

Il team ha testato entrambi i processi con diversi materiali catodici utilizzati nelle batterie, nonché con una miscela di catodi. Il processo migliorato ha recuperato il 75% del litio da una miscela di materiali catodici.

La meccanochimica non è tipicamente utilizzata nei processi chimici commerciali, e il modo esatto in cui la forza meccanica avvia le reazioni chimiche non è completamente compreso, afferma Dolotko. "È davvero difficile dire come ciò avvenga", afferma. Forse la temperatura aumenta in punti specifici del processo, oppure l’attrito produce alcuni prodotti intermedi, suggerisce. Ma la macinazione ha fatto sì che l’alluminio agisse come agente riducente, come si aspettava.

Questo processo di riciclaggio meccanochimico è una dimostrazione, su scala di un piccolo laboratorio, e come tale è una prova di principio piuttosto che una tecnologia rivoluzionaria, afferma Melin, direttore di Circular Energy Storage, una società di consulenza con sede a Londra focalizzata sul litio -mercato delle batterie a ioni a fine vita. Sottolinea che il riciclaggio delle batterie è più complicato del semplice sviluppo di una nuova tecnica, e riguarda soprattutto l’economia delle materie prime e l’adozione di tecnologie che utilizzano batterie, come i veicoli elettrici.

"Ci troviamo in una situazione in cui oggi non sappiamo davvero da dove arriverà il litio di cui avremo bisogno nel 2030", afferma Melin.

Dolotko afferma che ci sono opportunità per perfezionare il processo e contemporaneamente sta anche lavorando per estrarre altri metalli dalle batterie, tra cui cobalto e nichel.