Il reattore che ricarica le batterie scartate e produce nuovo litio: la rivoluzione di Rice University

Un nuovo reattore "recharge-to-recycle" sviluppato dagli ingegneri della Rice University promette di cambiare il riciclo delle batterie agli ioni di litio, trasformando gli scarti in una fonte pulita e diretta di idrossido di litio, il composto richiesto per la produzione di nuove batterie. In un mondo in cui la diffusione dei veicoli elettrici accelera rapidamente, la gestione dei pacchi batteria a fine vita sta diventando una sfida crescente. Il litio, costoso da estrarre e raffinare, è al centro di metodi di riciclo tradizionali che richiedono energia elevata, acidi forti e passaggi multipli di purificazione.

Il team guidato da Yuge Feng, prima autrice dello studio, insieme ai professori Sibani Lisa Biswal e Haotian Wang, ha invece adottato un principio semplice: se durante la ricarica di una batteria gli ioni di litio vengono estratti dal catodo, perché non sfruttare la stessa reazione per riciclare?

Da questa idea nasce un reattore elettrochimico compatto, capace di ricaricare i materiali catodici di scarto come il litio ferro fosfato per spingere gli ioni di litio attraverso una membrana a scambio cationico (un tipo di membrana polimerica che permette il passaggio selettivo di ioni positivi mentre blocca quelli negativi) verso un flusso d'acqua. Qui, una reazione al controelettrodo scinde l'acqua generando idrossido, che si combina immediatamente con il litio per formare idrossido di litio ad altissima purezza.

I dettagli sul processore e come avviene la ricarica delle batterie

Il processo, descritto in uno studio pubblicato su Joule, utilizza esclusivamente elettricità, acqua e "black mass", senza ricorrere a acidi o sostanze chimiche aggiuntive. L'efficienza energetica è sorprendente: in alcune configurazioni, il sistema ha consumato solo 103 kJ per chilogrammo di black mass, circa un ordine di grandezza in meno rispetto ai tradizionali metodi di lisciviazione acida.

Il reattore, scalato fino a 20 cm², ha superato anche un test di durata di 1.000 ore, elaborando 57 grammi di materiale industriale fornito da TotalEnergies. I risultati sono promettenti: idrossido di litio con una purezza superiore al 99%, un recupero di litio vicino al 90% e la capacità di trattare diverse chimiche catodiche, dal LFP al NMC.

Ancora più interessante è la dimostrazione del processo roll-to-roll, che permette di riciclare interi elettrodi in fogli senza alcuna preparazione preliminare, integrandosi facilmente con linee automatiche di disassemblaggio. I ricercatori stanno ora lavorando su stack più grandi, membrane più selettive e processi di concentrazione più efficienti, con l'obiettivo di ridurre ulteriormente energia e emissioni.