Riciclaggio del catodo della batteria in un'unica fase
Il risultato è significativamente più conveniente, meno impattante dal punto di vista ambientale e meno rischioso per la salute rispetto a qualsiasi altro metodo di riciclaggio attualmente in uso
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Un nuovo metodo di riciclaggio delle batterie sviluppato dagli ingegneri della Grainger dell'Illinois rimuove metalli scarsi e costosi dai catodi delle vecchie batterie e li riveste di nuovi catodi in un unico passaggio. Il risultato è significativamente più conveniente, meno impattante dal punto di vista ambientale e meno rischioso per la salute rispetto a qualsiasi altro metodo di riciclaggio attualmente in uso.
Schema del metodo di riciclaggio del catodo della batteria in una sola fase. Un vecchio elettrodo viene posto in un bagno rigenerativo. Un processo elettrochimico dissolve i metalli preziosi e li riveste su un nuovo elettrodo in un unico passaggio.
The Grainger College of Engineering at the University of Illinois Urbana-Champaign
I catodi delle batterie - la parte positiva della batteria che aiuta a immagazzinare l'energia elettrica - spesso richiedono metalli rari e costosi come il cobalto. È quindi fondamentale sviluppare mezzi efficaci per il riciclaggio dei catodi che recuperino i metalli essenziali per il loro funzionamento.
I ricercatori del Grainger College of Engineering dell'Università dell'Illinois Urbana-Champaign hanno inventato un processo in un'unica fase per estrarre simultaneamente i metalli dai vecchi catodi e crearne di nuovi. Concentrandosi sull'ossido di litio e cobalto, il materiale catodico più utilizzato nelle batterie di telefoni e laptop, i ricercatori hanno dimostrato che è possibile utilizzare un singolo processo elettrochimico per sciogliere il materiale da un terminale esaurito e depositarlo su uno nuovo. Come riportato nella rivista Advanced Functional Materials, il nuovo processo è un ottavo più costoso e oltre il 50% meno impattante dei comuni processi di riciclaggio.
"Il fatto che il nostro processo si svolga in un'unica fase fa la differenza, perché il fabbisogno di materiale è inferiore alla metà di quello di altri processi di riciclaggio", ha dichiarato Jarom Sederholm, studente di ingegneria chimica e biomolecolare dell'Illinois Grainger Engineering e autore principale dello studio. "Abbiamo collaborato con i colleghi del Dipartimento di Ingegneria dei Sistemi Industriali e Aziendali per analizzare i costi e l'impatto ambientale di questo processo su scala. Su ogni fattore considerato, il nostro processo è migliore".
Paul Braun, professore di scienza dei materiali e ingegneria dell'Illinois Grainger Engineering e responsabile del progetto, ha dichiarato: "I metodi attuali per riciclare i catodi delle batterie prevedono troppe fasi. I catodi devono essere scomposti, separati e purificati, riformati attraverso reazioni chimiche e poi rivestiti su nuovi componenti della batteria. Questi processi richiedono un notevole apporto di energia e di sostanze chimiche, il che aumenta i costi, il potenziale di danno ambientale e i rischi per la salute umana".
Sederholm ricorda che l'idea del nuovo processo è nata da un'ipotetica discussione con Braun.
"Il nostro gruppo di ricerca lavora molto con l'elettrodeposizione, un meccanismo che utilizza la carica elettrica per stratificare un materiale su un substrato, e dispone di un'importante infrastruttura di ricerca", ha detto Sederholm. "Un giorno abbiamo pensato: se l'elettrodeposizione è possibile, dovrebbe essere vero anche il contrario. Dovrebbe essere possibile usare l'elettricità anche per dissolvere un rivestimento. Così sono andato in laboratorio, ho preparato tutto con la soluzione e le tensioni giuste, e il rivestimento di ossido di cobalto e litio su un catodo si è staccato subito".
Poiché il metallo necessario era già disciolto in soluzione dal processo di strippaggio, il passo successivo è stato inserire un nuovo catodo nella soluzione e rivestirlo per elettrodeposizione. L'intero processo di riciclaggio - recupero dei metalli preziosi e loro riutilizzo in un nuovo prodotto - avviene in un'unica fase e in un'unica reazione in un unico bagno chimico.
Per valutare il costo totale e l'impatto del nuovo metodo a stato singolo, i ricercatori si sono rivolti ai colleghi del Dipartimento di Ingegneria industriale e dei sistemi aziendali dell'Illinois Grainger Engineering: lo studente laureato Zheng Liu e il professore Pingfeng Wang. Hanno stabilito che il nuovo metodo supera tutte le tecniche attualmente in uso secondo quattro parametri: efficienza economica, impatto ambientale, impatto sulle risorse e rischio per la salute umana.
Lo studio si è concentrato sui catodi di ossido di cobalto e litio per la loro prevalenza nell'elettronica di consumo, ma Sederholm intende estendere questi risultati ad altre chimiche di catodi.
"Esistono molte tecnologie di batterie basate su ossidi di nichel e manganese, che avrebbero requisiti diversi per funzionare", ha detto. "Inoltre, sia il catodo che l'anodo possono contenere additivi leganti, come il fluoruro di polivinilidene (PVDF), che possono essere dannosi se rilasciati nell'ambiente. Vogliamo vedere se possiamo ridurre la quantità rilasciata e persino recuperare altri additivi per riutilizzarli".
Sederholm, Braun e Arghya Patra, ricercatore post-dottorato in scienze dei materiali e ingegneria dell'Illinois Grainger Engineering, hanno depositato un brevetto internazionale sulla tecnologia derivata da questo studio.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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