L'amminoacido aiuta a riciclare le batterie
Ecologico ed efficiente: riciclare le batterie agli ioni di litio in una soluzione neutra
Una nuova strategia di riciclaggio delle batterie agli ioni di litio esauste si basa su un processo idrometallurgico in soluzione neutra. Questo permette di lisciviare il litio e altri metalli preziosi in modo ecologico, altamente efficiente ed economico, come riportato da un team di ricerca cinese sulla rivista Angewandte Chemie. L'efficienza della lisciviazione è efficacemente aumentata da un meccanismo di riduzione solido-solido, dal cosiddetto effetto batteria e dall'aggiunta dell'amminoacido glicina.
© Wiley-VCH
Le batterie agli ioni di litio non solo alimentano i nostri telefoni cellulari, tablet e veicoli elettrici, ma stanno anche diventando sempre più importanti come mezzo di stoccaggio per le energie rinnovabili volatili. Tuttavia, con la loro diffusione, aumenta anche il numero di batterie scartate. Il loro riciclaggio è molto promettente per ridurre l'impatto ambientale, fornendo al contempo materie prime come litio, cobalto, nichel e manganese per la produzione di nuove batterie. Il comune ritrattamento idrometallurgico delle batterie agli ioni di litio esauste si basa su processi di lisciviazione con acido e/o ammoniaca. Tuttavia, l'uso eccessivo e ripetuto di acidi e basi aumenta l'inquinamento ambientale e i rischi per la sicurezza. Un processo a pH neutro sarebbe più sicuro ed ecologico.
Per realizzare un approccio neutro, il team guidato da Lei Ming e Xing Ou della Central South University di Changsha, Zhen Yao della Guizhou Normal University e Jiexi Wang della National Engineering Research Central of Advanced Energy Storage Materials ha dovuto scavare a fondo nel proprio bagaglio di trucchi, poiché i reagenti aggressivi necessari per i classici processi di lisciviazione non sono così facili da sostituire.
Primo trucco: creare "microbatterie" in situ, che aiutano a scomporre il materiale catodico esaurito delle batterie - ossido di nichel-cobalto-manganese ("NCM") caricato con litio. Le particelle di NCM vengono mescolate in un liquido neutro con un sale di ferro(II), ossalato di sodio e l'amminoacido glicina. Di conseguenza, sulle particelle si deposita un sottile strato solido di ossalato di ferro(II). Questo "guscio" funge da anodo, mentre i nuclei di NCM da catodo (effetto batteria). Gli elettroni possono essere trasferiti facilmente grazie al contatto diretto e ravvicinato. Il rivestimento impedisce inoltre che sulle particelle si depositino sottoprodotti indesiderati. L'effetto batteria provoca una reazione elettrochimica in cui gli ioni di ferro(II) si ossidano in ioni di ferro(III) e gli ioni di ossigeno delle particelle ossidiche di NCM si riducono in ioni di idrossido con l'acqua. In questo modo gli strati di NCM si rompono e gli ioni di litio, nichel, cobalto e manganese immagazzinati nella struttura vengono rilasciati nella soluzione. Qui vengono "catturati" - secondo trucco - dalla glicina sotto forma di composti complessi. La glicina ha un altro compito: tampona il valore del pH della soluzione nell'intervallo di neutralità. In 15 minuti è stato possibile lisciviare il 99,99% di litio, il 96,86% di nichel, il 92,35% di cobalto e il 90,59% di manganese dai catodi esausti.
La lisciviazione efficiente in una soluzione neutra potrebbe aprire nuove strade per la realizzazione di un riciclaggio su larga scala ed ecologico delle batterie usate. Non vengono prodotti quasi gas nocivi e l'acqua di scarto della glicina è adatta come fertilizzante. Si consuma molta meno energia e i costi sono inferiori rispetto ai processi convenzionali.
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