Le batterie agli ioni di litio prodotte con materiali riciclati hanno prestazioni uguali o anche superiori a quelle di batterie nuove fatte con materiali appena estratti.
È il risultato cui sono giunti Yan Wang, un professore di ingegneria meccanica presso il Worcester Polytechnic Institute del Massachusetts, e un team di ricercatori del Consorzio batteria avanzata USA (USABC) in uno studio da poco pubblicato, a cui ha collaborato anche A123 Systems, un produttore di batterie.
Lo studio indica che i produttori di batterie e le case automobilistiche non hanno motivo di preoccuparsi che i materiali riciclati siano di qualità inferiore rispetto ai minerali appena estratti.
Le batterie agli ioni di litio, con il loro uso di metalli estratti in modi che possono essere ambientalmente dannosi, rischiano di offuscare l’immagine verde dei veicoli elettrici.
Il riciclo dei metalli dalle batterie usate ridurrebbe l’impatto sociale e ambientale dell’estrazione, eviterebbe che milioni di tonnellate di vecchie batterie finiscano nelle discariche e ridurrebbe il consumo di energia e le emissioni create dalla produzione delle batterie.
Ma se, da una parte, il settore del riciclo delle batterie di veicoli elettrici sta iniziando a decollare, dall’altra, convincere le case automobilistiche a usare materiali riciclati rimane difficile.
“In generale, l’impressione della gente è che il materiale riciclato non sia buono come quello vergine. Le aziende produttrici di batterie esitano ancora a usare materiale riciclato nelle loro batterie”, ha spiegato Wang alla testata di settore IEEE Spectrum.
Il materiale riciclato ha invece mostrato una struttura microscopica più porosa che facilita il passaggio degli ioni di litio. Il risultato: batterie con una densità di energia simile a quelle fatte con catodi commerciali, ma che hanno anche mostrato fino al 53% in più di durata dei cicli di carica e scarica.
Nello studio, intitolato “Recycled cathode materials enabled superior performance for lithium-ion batteries” e pubblicato su Joule, Wang e il suo gruppo di ricercatori hanno testato batterie con catodi riciclati NMC111, cioè il tipo più comune, verificandone il funzionamento anche con vari test a livello industriale, sebbene non direttamente nelle auto, per semplificare il modo in cui il team ha condotto i test.
Si tratta di componenti composti da parti uguali di nichel, manganese e cobalto, realizzati con una tecnica brevettata da Battery Resources, una startup che lo stesso Wang ha co-fondato.
Wang ha spiegato che gli ingegneri di A123 Systems hanno eseguito la maggior parte dei test utilizzando un protocollo ideato dall’USABC che soddisfa gli obiettivi di fattibilità commerciale per i veicoli elettrici ibridi e plug-in. I risultati hanno appunto dimostrato che i materiali catodici riciclati sono una valida alternativa ai materiali incontaminati, secondo IEEE Spectrum.
Le batterie delle auto elettriche non sono facili da riciclare. Devono essere bruciate, usando molta energia, o triturate e dissolte in acidi. La maggior parte delle aziende di riciclo, che finora si sono occupate principalmente di batterie per l’elettronica di consumo, usano questi metodi per produrre elementi separati da vendere alle aziende di materiali per batterie, che saranno a loro volta venduti ai produttori di automobili e batterie. Ma il vero valore di una batteria per la mobilità elettrica è nel catodo, ha sottolineato Wang.
I materiali catodici sono combinazioni fatte con un mix di metalli tra cui nichel, manganese e cobalto, che vengono lavorati in particelle con dimensioni e strutture specifiche, nell’ambito di proprietà intellettuali coperte da brevetti.
La sfida è produrre materiali catodici NMC pronti all’uso in base a ciò che una società automobilistica vuole, ha detto Wang. Tale capacità è essenziale affinché la vendita dei materiali riciclati possa generare un profitto.
La tecnologia esposta nello studio, secondo cui i catodi NMC111 riciclati sono in realtà superiori sia nel numero che nelle prestazioni del ciclo rispetto a quelli costruiti con materiali nuovi, sta già trovando le prime applicazioni commerciali, secondo IEEE Spectrum.
Battery Resources, la start-up co-fondata da Wang, ha già cominciato a vendere su piccola scala i suoi materiali catodici riciclati pronti all’uso ai produttori di batterie. L’azienda prevede di aprire il suo primo impianto commerciale da 10.000 tonnellate di batterie all’anno nel 2022 negli Stati Uniti, con altri due impianti previsti in Europa sempre entro la fine del 2022.
