La ricerca sul riciclo avanza anche sulle celle «solid state»
I ricercatori di alcuni centri d’eccellenza tedeschi presentano un approccio di riciclo in due fasi per le batterie agli ioni di litio allo stato solido, anticipando il decollo di un mercato ancora di là da venire
Che ci sia fermento attorno al riciclo delle batterie agli ioni di litio, non solo per quanto riguarda la ricerca ma anche l’industrializzazione, appare assodato: uno dei progetti più interessanti potrebbe (speriamo) addirittura avere per teatro la Sardegna, e per la precisione il travagliato polo industriale di PortoVesme.
Ma se le celle ormai comuni nei veicoli elettrici sono fonte di interesse per il settore del riciclo, ci si potrebbe chiedere se non saranno magari a rischio di problemi di smaltimento le future celle allo stato solido che case come Toyota e Nissan vogliono montare sulle loro auto entro fine decennio.
Che i timori al riguardo siano poco fondati, lo suggeriscono gli studi che sono già in corso anche su questo tipo di celle che fanno a meno degli elettroliti liquidi tradizionali. Ricercatori tedeschi, sparsi tra Technische Universität Darmstadt, Universität Stuttgart, Justus-Liebig-Universität Giessen e Universität des Saarlandesd hanno infatti sviluppato un approccio al riciclo in due fasi per celle agli ioni di litio con elettroliti allo stato solido (o ASSB ).
Il processo, che utilizza l’acido citrico come agente di lisciviazione per separare e recuperare i singoli componenti, è stato presentato in un articolo open access sulla rivista ChemSusChem. Hanno scritto nel loro paper i ricercatori: “il riciclo delle batterie all-solid state al litio diventerà molto importante una volta che queste batterie entreranno nel mercato ed è necessario avere una visione delle principali strategie di riciclo per evitare l’accumulo di batterie usate e potenzialmente difficili da recuperare alla fine del loro ciclo di vita”.
I risultati degli studi indicano che gli acidi organici come il comune acido citrico che possono agire come agenti complessanti, oltre a fornire acidificazione, potrebbero essere una chiave per la separazione efficiente dei materiali degli elettrodi e dei materiali degli elettroliti nelle celle ASSB di futura commercializzazione.
La ricerca si è applicata ai processi utili a recuperare una cella-tipo costituita da anodo Li4Ti5O12 (LTO), elettrolita tipo garnet Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12 (LLZTO) e catodo con il diffuso LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 (NMC). I ricercatori hanno osservato che regolando la concentrazione di acido citrico, è stato possibile separare i materiali l’uno dall’altro senza una forte miscelazione delle singole fasi e anche mantenere le loro principali caratteristiche prestazionali. Il processo di riciclo avrebbe quindi potenziale per l’upscaling e può guidare l’attività materiale di separazione dei componenti nelle celle all solid state.
In base alle esperienze fatte sul recupero di metalli critici e non, gli scienziati sottolineano che i processi di separazione dovranno essere ben calibrati per una specifica combinazione di materiali: una combinazione di elettrolita LLZTO con elettrodi tipo LFP potrebbe dover comportare un cambiamento di strategia o, nel migliore dei casi, un uso di temperature, concentrazioni, ecc. modificate rispetto a quelle dello studio in oggetto.
Le fotografie in apertura mostrano la lisciviazione (leaching) dei prodotti intermedi della miscela LTO/LLZTO/NMC in soluzione di acido citrico 0,2 M, seguita dal filtrato viola che dopo l’essiccazione porta alla polvere viola e infine la “massa nera” dopo trattamento termico ad alta temperatura a 900 °C. In basso ai raggi X il risultato del confronto tra materiale originario NMC e l‘NMC riciclato.
I ricercatori ritengono che, sebbene i risultati presentati indichino il potenziale uso di una soluzione all’interno di un’ottica di economia circolare, sarà comunque richiesto un miglioramento significativo dei processi di fabbricazione. Inoltre l’uso di particelle sottoposte a lavorazioni superficiali protettive, tecniche di sinterizzazione e additivi potrà ovviamente un impatto sul processo di riciclo.
Tuttavia, secondo gli scienziati tedechi, “si possono in linea di principio immaginare strategie per superare tali barriere, che vanno dalla frantumazione dell’elettrolita solido tramite sonificazione alla separazione di leganti come il PVDF tramite pretrattamento in solventi organici”.
Tuttavia, si può vedere anche una forte possibilità in questo: lo sviluppo di una tecnologia di batterie che non è entrata nel mercato potrebbe anche essere guidato dal suo potenziale di essere recuperato in modo efficiente, e questo sarebbe un cambiamento sostanziale per lo sfruttamento industriale guidato dalle prestazioni di questa tecnologia che da alcuni anni sembra sempre sulla soglia del decollo definitivo.
