Il professore di ingegneria chimica e biomolecolare dell’Illinois Xiao Su e colleghi hanno trovato un metodo economico e sostenibile per separare cobalto e nichel l’uno dall’altro ai fini del riciclaggio delle batterie, rendendo gli elettrodi delle batterie esaurite una fonte secondaria di questi preziosi metalli.
Le batterie esaurite agli ioni di litio contengono metalli preziosi che per scopi di riciclaggio sono difficili da separare l’uno dall’altro. Le batterie usate rappresentano una fonte sostenibile di questi metalli, in particolare cobalto e nichel, ma gli attuali metodi utilizzati per la loro separazione presentano svantaggi ambientali ed economici. La 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 attualmente stanno diminuendo.
Il nuovo studio pubblicato nella rivista Nature Communications, 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 batteria di litio nichel manganese cobalto NMC. Il metodo dai rifiuti di elettrodi NMC esauriti produce una purezza del prodotto finale di circa il 96,4% per il cobalto e il 94,1% per il nichel.
Xiao Su ha detto:
«Il cobalto e 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. Esistono una varietà di metodi disponibili per il recupero di cobalto e nichel dagli elettrodi della batteria, ma presentano degli svantaggi. La maggior parte richiede processi ad alta temperatura, alta intensità energetica o solventi forti che presentano problemi di smaltimento. L’industria richiede metodi che non causino ulteriori problemi come l’elevato consumo di energia o i rifiuti tossici».
L’aspetto unico di questo studio è lo sviluppo da parte del team di ricercatori di un elettrolita liquido regolabile e un rivestimento polimerico sugli elettrodi. I ricercatori in laboratorio hanno combinato il metodo elettrolita-polimero con componenti smontati, lisciviati (separazione di uno o più componenti solubili da una massa solida mediante un solvente) e liquefatti di elettrodi di batteria di litio nichel manganese cobalto NMC completamente scarichi.
I ricercatori regolando le concentrazioni di sale dell’elettrolita e lo spessore del rivestimento polimerico, hanno notato che distinti depositi di cobalto e nichel si accumulavano sulle superfici dell’elettrodo attraverso l’elettrodeposizione sequenziale. L’elettrodo alla fine del processo aveva raccolto rivestimenti di elevata purezza di cobalto e nichel.
L’analisi economica del nuovo metodo, considerati i ricavi dei materiali, il costo dei materiali e il consumo di energia, secondo lo studio ha mostrato che era competitivo con gli attuali metodi di riciclaggio delle batterie al litio.
Xiao Su ha affermato:
«C’è un’ulteriore ottimizzazione ingegneristica del processo che sarà necessaria in futuro ma questo primo studio di “prova di fattibilità” conferma che a bassa temperatura è possibile il recupero elettrochimico di cobalto e nichel. Siamo molto entusiasti perché lo studio ha evidenziato un ottimo esempio di separazioni elettriche sostenibili utilizzate per riciclare le batterie elettrochimiche».
