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Batterie agli ioni di litio verso il pensionamento, il materiale che rivoluzionerà l’elettronica salvaguardando ambiente e lavoratori

Un team di scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) ha creato una batteria al litio-zolfo e uno speciale legante per pile che si dissolve rapidamente in soluzione rendendo semplice il processo di separazione dei materiali

Roberto Zoncadi Roberto Zonca   

Le batterie agli ioni di litio hanno rivoluzionato l’elettronica e consentito lo sviluppo di una moltitudine di tecnologie legate alle rinnovabili. Tuttavia, evidenzia molti studi, il loro futuro è incerto. Già nei prossimi anni le materie prime indispensabili per la loro produzione potrebbero esaurirsi. Dal 2050 l’industria potrebbe non avere più a disposizione litio, nichel, cobalto e grafite. Questo per via dei costi di estrazione sempre più elevati ma anche perché manca una rete per il riciclo delle materie presenti nelle batterie esauste. Ora un team di scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) ha tuttavia annunciato di aver sviluppato un materiale che consentirà di abbattere i costi di produzione attraverso un riciclo più equo e sicuro. Il materiale, chiamato Quick-Release Binder, rende semplice ed economico separare i materiali preziosi presenti nelle batterie dagli altri componenti, così da riutilizzarli per la realizzazione di nuove celle.

A breve il riciclo delle vecchie batterie sarà un requisito indispensabile - afferma Gao Liu, leader del progetto e membro del Berkeley Lab Energy Storage Center -. Se non smettiamo di gettarli semplicemente via, come spazzatura priva di valore, esauriremo le risorse entro i prossimi dieci anni. Con l’attuale trend sarà impossibile soddisfare le richieste del mercato globale. Nel mondo non c'è abbastanza cobalto, non abbiamo sufficiente nichel: l’unica soluzione è riciclare".

Foto Marilyn Sargent / Berkeley Lab

Attuale sistema di riciclo non è sostenibile

Attualmente i sistemi di recupero più diffusi al mondo prevedono la triturazione delle batterie e la successiva fusione. La combustione è l’unica pratica che consente di separare i metalli dagli altri componenti. Tutto ciò comporta rischi per la salute umana, rischi per l’ambiente e costi energetici insostenibili. I ricercatori hanno però trovato un modo per rivoluzionare tutte le attività di recupero. Liu e colleghi hanno trovato l’idea vincente mentre lavoravano allo sviluppo di una nuova batteria al litio-zolfo. Più performanti, rispetto alle batterie tradizionali, questi accumulatori funzionano senza cobalto, e non è un dettaglio di poco conto.

Ma la vera rivoluzione è giunta con la creazione del Quick-Release Binder, un legante a rilascio rapido composto da due polimeri ampiamente disponibili in commercio: l’acido poliacrilico (PAA) e la polietilenimmina (PEI). La nuova “colla” deve banalmente tenere uniti gli ingredienti delle celle elettrochimiche, mantenendo l’architettura strutturale, senza però interferire con i vari processi chimici che avvengono all’interno della batteria. A fine vita i legami chimici che uniscono i due polimeri nella batteria, PPA e PEI, vengono spezzati tramite semplice immersione in acqua alcalina contenente idrossido di sodio (Na + OH –). In questo modo i due polimeri si separano e si dissolvono del liquido, liberando i componenti dell’elettrodo.

Foto Marilyn Sargent / Berkeley Lab

“Il Quick-Release Binder – ha affermato il ricercatore Chen Fang – può essere utilizzato per realizzare anodi e catodi e costa circa un decimo del prezzo di due dei leganti commerciali più comunemente usati in questo settore. Abbiamo dimostrato che l’intero processo è molto semplice su scala di laboratorio e non vediamo alcun motivo per cui non debba funzionare altrettanto bene su scala industriale”. Il gruppo è convinto che il nuovo materiale per batterie possa essere utilizzato per le ricaricabili di tutte le dimensioni, da quelle piccole dei telefoni cellulari a quelle extra-large delle centrali d’accumulo sulla rete elettrica nazionale.

Riferimenti
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