1. Problemi di inquinamento derivanti dal riciclo del fosfato di ferro e litio
Il mercato del riciclo delle batterie per veicoli elettrici è enorme e, secondo gli istituti di ricerca competenti, si prevede che la quantità totale di batterie esauste in Cina raggiungerà i 137,4 MWh entro il 2025.
Prendendo batterie al litio ferro fosfatoAd esempio, esistono principalmente due modalità per il riciclo e il riutilizzo delle batterie di potenza esauste: una è il riutilizzo a cascata e l'altra è lo smantellamento e il riciclo.
L'utilizzo a cascata si riferisce all'impiego di batterie al litio ferro fosfato con capacità residua compresa tra il 30% e l'80% dopo lo smontaggio e la ricombinazione, e alla loro applicazione in settori a bassa densità energetica, come l'accumulo di energia.
Lo smantellamento e il riciclaggio, come suggerisce il nome, si riferiscono allo smantellamento delle batterie al litio ferro fosfato quando la capacità residua è inferiore al 30% e al recupero delle loro materie prime, come litio, fosforo e ferro presenti nell'elettrodo positivo.
Lo smantellamento e il riciclo delle batterie agli ioni di litio possono ridurre l'estrazione di nuove materie prime, tutelando così l'ambiente, e presentano inoltre un notevole valore economico, riducendo significativamente i costi di estrazione, di produzione, di manodopera e di allestimento delle linee di produzione.
Il processo di smantellamento e riciclo delle batterie agli ioni di litio si articola principalmente nelle seguenti fasi: innanzitutto, raccolta e classificazione delle batterie al litio esauste; successivamente, smantellamento delle batterie; infine, separazione e raffinazione dei metalli. Al termine di questo processo, i metalli e i materiali recuperati possono essere riutilizzati per la produzione di nuove batterie o altri prodotti, con un notevole risparmio sui costi.
Tuttavia, ora anche un gruppo di aziende di riciclo di batterie, come la Guangdong Bangpu Circular Technology Co., Ltd., sussidiaria di Ningde Times Holding Co., Ltd., si trova ad affrontare un problema spinoso: il riciclo delle batterie produce sottoprodotti tossici ed emette inquinanti nocivi. Il mercato ha urgente bisogno di nuove tecnologie per migliorare l'inquinamento e la tossicità del processo di riciclo delle batterie.
2. LBNL ha trovato nuovi materiali per risolvere i problemi di inquinamento derivanti dal riciclo delle batterie.
Di recente, il Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) negli Stati Uniti ha annunciato di aver scoperto un nuovo materiale in grado di riciclare le batterie agli ioni di litio esauste utilizzando solo acqua.
Il Lawrence Berkeley National Laboratory è stato fondato nel 1931 ed è gestito dall'Università della California per conto dell'Ufficio scientifico del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. Ha vinto 16 premi Nobel.
Il nuovo materiale inventato dal Lawrence Berkeley National Laboratory si chiama Quick-Release Binder. Le batterie agli ioni di litio realizzate con questo materiale sono facilmente riciclabili, ecocompatibili e non tossiche. È sufficiente smontarle, immergerle in acqua alcalina e agitarle delicatamente per separare gli elementi desiderati. Successivamente, i metalli vengono filtrati dall'acqua e asciugati.
Rispetto all'attuale riciclaggio delle batterie agli ioni di litio, che prevede la triturazione e la macinazione delle batterie, seguita dalla combustione per la separazione di metalli ed elementi, questo processo presenta una tossicità elevata e scarse prestazioni ambientali. Il nuovo materiale, al confronto, è completamente diverso.
A fine settembre 2022, questa tecnologia è stata selezionata come una delle 100 tecnologie rivoluzionarie sviluppate a livello globale nel 2022 dagli R&D 100 Awards.
Come sappiamo, le batterie agli ioni di litio sono composte da elettrodi positivo e negativo, un separatore, un elettrolita e materiali strutturali, ma il modo in cui questi componenti vengono combinati nelle batterie agli ioni di litio non è ancora del tutto chiaro.
Nelle batterie agli ioni di litio, un materiale fondamentale per il mantenimento della struttura della batteria è l'adesivo.
Il nuovo legante a rilascio rapido scoperto dai ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory è composto da acido poliacrilico (PAA) e polietilenimmina (PEI), collegati da legami tra atomi di azoto caricati positivamente nel PEI e atomi di ossigeno caricati negativamente nel PAA.
Quando il legante a rilascio rapido viene immerso in acqua alcalina contenente idrossido di sodio (Na+OH-), gli ioni sodio penetrano improvvisamente nel sito di adesione, separando i due polimeri. I polimeri separati si dissolvono nel liquido, rilasciando eventuali componenti dell'elettrodo incorporati.
In termini di costi, quando utilizzato per la produzione di elettrodi positivi e negativi per batterie al litio, il prezzo di questo adesivo è circa un decimo di quello dei due più comunemente utilizzati
Data di pubblicazione: 25 aprile 2023