Batterie agli ioni di litio (LIB), che immagazzinano energia sfruttando la riduzione reversibile degli ioni di litio, alimentano la maggior parte dei dispositivi e dei dispositivi elettronici oggi presenti sul mercato. Grazie all’ampia gamma di temperature operative, alla lunga durata, alle dimensioni ridotte, ai tempi di ricarica rapidi e alla compatibilità con i processi di produzione esistenti, queste batterie ricaricabili possono contribuire notevolmente all’industria elettronica, supportando al tempo stesso gli sforzi continui verso la neutralità delle emissioni di carbonio.

Il riciclaggio conveniente ed ecologico delle LIB usate è un obiettivo a lungo ricercato nel settore energetico, poiché migliorerebbe la sostenibilità di queste batterie. I metodi esistenti, tuttavia, sono spesso inefficaci, costosi o dannosi per l’ambiente.

Inoltre, le LIB fanno molto affidamento su materiali che stanno diventando meno abbondanti sulla Terra, come il cobalto e il litio. Gli approcci che consentono l’estrazione affidabile ed economica di questi materiali dalle batterie esaurite ridurrebbero drasticamente la necessità di procurarsi questi materiali altrove, contribuendo così a soddisfare la crescente domanda di LIB.

I ricercatori dell’Accademia cinese delle scienze hanno recentemente ideato un nuovo approccio basato sulla cosiddetta elettrocatalisi a contatto, che potrebbe consentire il riciclaggio delle cellule LIB esaurite. Il loro metodo, introdotto in Nature Energy, sfrutta il trasferimento di elettroni che avviene durante l'elettrificazione del contatto liquido-solido per generare radicali liberi che avviano le reazioni chimiche desiderate.

"Con la tendenza globale verso la neutralità del carbonio, la domanda di LIB è in continuo aumento", hanno scritto Huifan Li, Andy Berbille e i loro colleghi nel loro articolo. "Tuttavia, gli attuali metodi di riciclaggio per le LIB esaurite necessitano di miglioramenti urgenti in termini di ecocompatibilità, costi ed efficienza. Proponiamo un metodo meccano-catalitico, denominato elettrocatalisi a contatto, che utilizza radicali generati dall'elettrificazione a contatto per promuovere la lisciviazione dei metalli sotto l'onda ultrasonica Usiamo anche SiO2 come catalizzatore riciclabile nel processo."

Nell’ambito del loro recente studio, Li, Berbille e i loro colleghi hanno deciso di esplorare la possibilità che l’elettrocatalisi a contatto possa sostituire gli agenti chimici tipicamente utilizzati per riciclare le LIB. Per fare ciò, hanno utilizzato la tecnica per provocare il contatto continuo solido-liquido e la separazione attraverso bolle di cavitazione, sotto onde ultrasoniche.

Ciò ha consentito la generazione costante di ossigeno reattivo attraverso l'elettrificazione dei contatti. Hanno poi valutato l’efficacia di questa strategia per riciclare il litio e il cobalto nelle LIB usurate.

"Per le batterie all'ossido di litio cobalto (III), l'efficienza di lisciviazione ha raggiunto il 100% per il litio e il 92,19% per il cobalto a 90°C entro sei ore", hanno scritto Li, Berbille e i loro colleghi nel loro articolo. "Per ternario batterie al litio, le efficienze di lisciviazione di litio, nichel, manganese e cobalto hanno raggiunto rispettivamente il 94,56%, 96,62%, 96,54% e 98,39% a 70°C, entro sei ore."

Nei test iniziali, l’approccio proposto da questo team di ricercatori ha ottenuto risultati molto promettenti, evidenziandone il potenziale nel supportare il riciclaggio a basso costo, sostenibile e su larga scala dei materiali costosi e altamente ricercati all’interno delle LIB. Studi futuri potrebbero aiutare a perfezionare questo metodo, valutandone ulteriormente vantaggi e limiti, aprendo potenzialmente la strada alla sua implementazione in contesti del mondo reale.

"Prevediamo che questo metodo possa fornire un approccio ecologico, ad alta efficienza ed economico per il riciclaggio della LIB, soddisfacendo la domanda in crescita esponenziale per le produzioni LIB", hanno scritto i ricercatori nel loro articolo.