I ricercatori dell'Università della California di San Diego hanno migliorato il loro processo di riciclaggio che rigenera i catodi degradati dalle batterie agli ioni di litio esaurite. Il nuovo processo è più sicuro e utilizza meno energia rispetto al metodo precedente per ripristinare i catodi alla loro capacità originale e alle prestazioni del ciclo.

Zheng Chen, un professore di nanoingegneria affiliato al Sustainable Power and Energy Center della UC San Diego, guidato il progetto. L'opera è stata pubblicata in Materiali energetici avanzati .

"A causa della rapida crescita dei mercati dei veicoli elettrici, la capacità di produzione mondiale di batterie agli ioni di litio dovrebbe raggiungere centinaia di gigawattora all'anno nei prossimi cinque anni, " Ha detto Chen. "Questo lavoro presenta una soluzione per recuperare i valori delle batterie agli ioni di litio a fine vita dopo 5-10 anni di funzionamento".

Il team di Chen aveva precedentemente sviluppato un approccio di riciclaggio diretto per riciclare e rigenerare i catodi degradati. Reintegra gli ioni di litio che i catodi perdono con l'uso prolungato e ripristina le loro strutture atomiche ai loro stati originali. Però, tale processo prevede la pressurizzazione di una soluzione calda di sale di litio di particelle catodiche a circa 10 atmosfere. Il problema è che questa fase di pressurizzazione aumenta i costi e richiede ulteriori precauzioni di sicurezza e attrezzature speciali, disse Chen.

Quindi il team ha sviluppato un processo più blando per svolgere lo stesso lavoro a pressione ambiente (1 atmosfera). La chiave era usare sali di litio eutettici, una miscela di due o più sali che si scioglie a temperature molto più basse di uno dei suoi componenti. Questa combinazione di sali di litio solido produce un liquido privo di solventi che i ricercatori possono utilizzare per dissolvere i materiali catodici degradati e ripristinare gli ioni di litio senza aggiungere ulteriore pressione nei reattori.

Il nuovo metodo di riciclaggio prevede la raccolta di particelle di catodo dalle batterie agli ioni di litio esaurite e la loro miscelazione con una soluzione eutettica di sale di litio. La miscela viene quindi trattata termicamente in due fasi:viene prima riscaldata a 300 C, poi subisce un breve processo di ricottura in cui viene riscaldato a 850 C per diverse ore e poi raffreddato naturalmente.

I ricercatori hanno utilizzato il metodo per rigenerare NMC (LiNi _0,5 mn _0,3 Co _0.2 ), un popolare catodo contenente nichel, manganese e cobalto, che viene utilizzato in molti dei veicoli elettrici di oggi.

"Abbiamo realizzato nuovi catodi dalle particelle rigenerate e poi li abbiamo testati in batterie costruite in laboratorio. I catodi rigenerati hanno mostrato la stessa capacità e prestazioni di ciclo degli originali, " disse Yang Shi, il primo autore che ha svolto questo lavoro come ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Chen presso l'UC San Diego.

"In una batteria agli ioni di litio a fine vita, il materiale del catodo perde parte del suo litio. Anche la struttura cristallina del catodo cambia in modo tale che è meno capace di spostare gli ioni dentro e fuori. Il processo di riciclaggio che abbiamo sviluppato ripristina sia la concentrazione di litio del catodo che la struttura cristallina ai loro stati originali, " disse Shi.

Il team sta mettendo a punto questo processo in modo che possa essere utilizzato per riciclare qualsiasi tipo di materiale catodico utilizzato nelle batterie agli ioni di litio e sodio.

"L'obiettivo è rendere questo processo di riciclaggio universale per tutti i materiali catodici, " Ha detto Chen. Il team sta anche lavorando a un processo per riciclare gli anodi degradati, come grafite e altri materiali.

Chen sta anche collaborando con la professoressa di nanoingegneria della UC San Diego Shirley Meng, chi è il direttore del Centro per l'energia e l'energia sostenibile, per identificare sottili cambiamenti nella microstruttura del catodo e nella composizione locale utilizzando strumenti di imaging microscopico ad alta risoluzione.